Energiehaushalt eines Hauses: Isoliereigenschaften des Hauses ISO: Unterschied zwischen den Versionen

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Nico Kasprik (Diskussion | Beiträge)
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== Integrationstest ==
== Integrationstest ==


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! Testfall-ID !! Testfall-Name !! Anforderungs-ID !! Vorbedingungen und Eingänge !! Aktionen !! Erwartetes Ergebnis !! Ergebnis !! Bewertung !! Kommentar
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| 001 || Startbedingungen || - || - || "Initial Condition" des Integratorblocks als Parameter einstellen || - || - || n. i. O. || Parameter anlegen, mit dem die Starttemperatur im Haus eingestellt werden kann: PAR_ISO_IstTempInit
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| 002 || Draußen kälter als Drinnen || 047 || HZT_Verbrauchleistung =  0; LKT_Temperatur = 0°C; PAR_ISO_IstTempInit = 15°C || Simulation eine Sekunde || Haus kühlt ab || Haus wärmt auf || n. i. O. || Den "Gain" im Block IstTemp haben wir auf 0.0001 gesetzt. Hier nochmal checken, was da ein passender Wert ist
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| 003 || Draußen wärmer als Drinnen || 047 || HZT_Verbrauchleistung =  0; LKT_Temperatur = 20°C; || Simulation eine Sekunde || Haus wärmt auf || Haus wärmt auf || i. O. || Den "Gain" im Block IstTemp haben wir auf 0.0001 gesetzt. Hier nochmal checken, was da ein passender Wert ist
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| 004 || Einfluss Heizleistung || 050 || HZT_Verbrauchleistung = 5000W; LKT_Temperatur = 20°C; || Simulation eine Sekunde || Haus wärmt schneller auf || Haus wärmt schneller auf || i. O. || Energiezufuhr (Heizleistung) kommt  von HZT, sollte das nicht die Heizleistung von HZR sein?
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| 005 || Test auf Einheiten || - || - || Check ohne Simulation || SI-Einheiten || kWh verwendet || n. i. O. || Im Block IstTemp rechnet ihr mit kWh statt mit Wh. Spielt keine Rolle, wenn der Gain entsprechend angepasst wird, wäre aber sauberer
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| 006 || Heizen im Winter || 050 || HZT_Verbrauchleistung = 10000W; || Langzeitsimulation (10000s) || Haus wärmt sich mit Heizleistung auf || Innentemperatur des Hauses gleicht sich der Außentemperatur an || n. i. O. || - ||
|}
</div>


== Systemtest ==
== Systemtest ==

Version vom 5. Juli 2023, 17:24 Uhr

Autoren: Nico Kasprik; Jonas Loddenkemper
Betreuer: Prof. Dr.-Ing. M. Göbel

→ zum Hauptartikel: Systems Design Engineering - Seminaraufgabe SoSe 2023: Energiehaushalt eines Hauses



Einleitung

Zielsetzung der Seminaraufgabe

V-Modell

Abbildung. 2: V-Modell


Anforderungsdefinition: Lastenheft

ID "Typ (I = Info, A = Anforderung, E = Einleitung)" Kapitel Inhalt Ersteller Datum Durchsicht von am Status Auftraggeber Kommentar Auftraggeber Status Auftragnehmer Kommentar Auftragnehmer
001 I 1 Allgemeine Anforderungen Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23
002 A Matlab 2022a nutzen/Arbeit in Bibliotheken Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 23.04.23 Akzeptiert
003 A Energieverbrauch senken Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert das ist das Ziel, ja Siehe Einleitung
004 A CO2-Ausstoß senken Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert das ist das Ziel, ja Siehe Einleitung
005 A Rohstoffauswahl hinsichtlich Erzeugung/Verarbeitbarkeit/Frei von schädlichen Chemikalien Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert
006 A Rohstoffauswahl hinsichtlich Nachhaltigkeit Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert
007 A Verbesserung des Wohnkomforts Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert
008 A Erfüllung geltender Bauvorschriften Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Abgelehnt das simulieren wir nicht mit ;-)
009 I 2 Rahmenbedingungen Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23
010 A Schnittstellen definieren Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert
011 A Grundriss, etc. auswerten, thermischen Körper erstellen und Flächen berechnen -> von Lastkollektiv mit Variablen Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 23.04.23 Akzeptiert Aufbau des Hauses und der Wände über Parameter beschreiben
012 A Wandaufbau als xls-Tabelle, Ergbenisse für Matlab zur Verfügung stellen Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 23.04.23 Akzeptiert Wand-Aufbau gerne als xls-Tabelle, deren Endergebnis Sie per Matlab einlesen
047 A Außentemperatur -> von Lastkollektiv Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 24.04.23 Akzeptiert
048 A Isttemperatur -> an Heizungsregelung geben Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 24.04.23 Akzeptiert
049 A Differenztemperaturen ermitteln Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 24.04.23 Abgelehnt das macht HZR, sie bekommen die Heizleistung.
050 A Aktuelle Energiezufuhr -> von Heizungstechnik Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 24.04.23 Akzeptiert
013 I 3 Dach Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23
014 A Dämmstoff mit gutem U-Wert Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert Grobe Skizze des Hauses anfertigen, daraus die Flächen bestimmen Wird in Schritt 011 für alle Oberflächen berechnet
015 I 4 Fenster Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23
016 A Dämmstoff mit gutem U-Wert Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert mit Einschr. mit einstellbarem U-Wert. Wir können alle Szenarien hiermit durchspielen/-simulieren.
017 A Einsatz von Dämmbändern Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Abgelehnt ?? Wozu das? Das simulieren wir nicht mit.
018 I 5 Türen Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23
019 A Dämmstoff mit gutem U-Wert Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert
020 A Einsatz von Dämmbändern Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Abgelehnt
021 I 6 Bodendämmung Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23
022 A Dämmstoff mit gutem U-Wert Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert
023 I 7 Fassaden Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23
024 A Dämmstoff mit gutem U-Wert Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert
025 I 8 Technischer Systementwurf Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23
026 A Skizze der Komponenten mit Signalen in einem Simulinkmodell Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert
027 I 9 Komponentenspezifikation Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23
028 A Programmiervorbereitung Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert
029 I 10 Komponenten-, Modul- und Systemtests Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23
030 A Programmierung/Modellierung Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert
031 A Erstellung eines Simulink-Modells Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert
032 A Testen der Komponenten Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert
033 A Testen der Module Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert
034 A Testen der Systeme Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert
035 I 11 Software Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23
036 A Programmierung nach Namenskonvektion Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert
037 A Ausführliche Kommentierung bei der Programmierung Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert
038 A Übersichtliche Struktur Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert
039 I 12 Dokumentation Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23
040 A Erstellen eines Wiki-Artikels Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert
041 A Beschreibung des Aufbaus Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert
042 A Dokumentation zur Verwendung des Modells Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert
043 A Dokumentation der Modellierung und Programmierung Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert
044 A Erstellung eines technischen Systementwurfs Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper 16.04.23 Akzeptiert
045 I 13 Einleitung
046 E Ziel dieser Anforderungsliste ist es den Prozess der Optimierung eines modernen Hauses, hinsichtlich der Isolierung und Wärmeeigenschaften, zu strukturieren. Dabei ist das Ziel den CO2- Ausstoß und Energieverbrauch zu senken. Akzeptiert Sie müssen noch den Körper "Haus" als thermischen Körper beschreiben, der sich aufheizen, Wärme speichern und sich abkühlen kann. Wird in Schritt 011 erledigt

Funktionaler Systementwurf

Der funktionale Systementwurf war im Sommersemester 2023 kein Bestandteil der Gruppenaufgabe und wurde von Prof. Dr. Göbel bereitgestellt.

Technischer Systementwurf

Komponentenspezifikation

Programmierung / Modellierung

Komponententest

Flächenberechnung

Testfall-ID Testfall-Name Anforderungs-ID Vorbedingungen und Eingänge Aktionen Erwartetes Ergebnis Ergebnis Bewertung Kommentar
001 Test auf die Aktualisierung der Dateien 001 Software SVN vorbereiten. Update SVN ohne Fehlermeldung ohne Fehlermeldung i. O.
002 Test auf die Matlab/Simulink Version 002 Simulink Version10.5 (R2022a) vorbereite. Matlab Skript "start.m" mit Matlab R2022a öffnen und run Haus.slx geöffnet; ohne Fehlermeldung Haus.slx geöffnet; ohne Fehlermeldung i. O.
003 Test auf alle Eingänge = 0 011 "Simulinkmodul für daie geteste Komponent erstellt Parameter geladen." Simulation eines Zeitschritts ohne Fehlermeldung; alle Ausgänge = 0 ohne Fehlermeldung; alle Ausgänge = 0 i. O.
004 Test auf korrekte Formel für ISO_FlaecheFenster 011 "Parameter geladen; PAR_LKT_Grundflaeche = 100 m^2; PAR_LKT_Deckenhoehe = 2,5 m; PAR_LKT_Fensterflaeche = 25; Simulation eines Zeitschritts ISO_FlaecheFenster = 25 m^2; ISO_FlaecheFenster = 25 m^2; i. O.
005 Test auf korrekte Formel für ISO_FlaecheWand 011 "Parameter geladen; PAR_LKT_Grundflaeche = 100 m^2; PAR_LKT_Deckenhoehe = 2,5 m; PAR_LKT_Fensterflaeche = 25; Simulation eines Zeitschritts ISO_FlaecheWand = 75 m^2; ISO_FlaecheWand = 75 m^2; i. O.

Wärmeverlust

Testfall-ID Testfall-Name Anforderungs-ID Vorbedingungen und Eingänge Aktionen Erwartetes Ergebnis Ergebnis Bewertung Kommentar
001 Test auf die Aktualisierung der Dateien 001 Software SVN vorbereiten. Update SVN ohne Fehlermeldung ohne Fehlermeldung i. O.
002 Test auf die Matlab/Simulink Version 002 Simulink Version10.5 (R2022a) vorbereite. Matlab Skript "start.m" mit Matlab R2022a öffnen und run Haus.slx geöffnet; ohne Fehlermeldung Haus.slx geöffnet; ohne Fehlermeldung i. O.
003 Test auf alle Eingänge = 0 028 Simulinkmodul für das geteste Komponent erstellt； Parameter geladen. Simulation eines Zeitschritts ohne Fehlermeldung; alle Ausgänge = 0 ohne Fehlermeldung; alle Ausgänge = 0 i. O.
004 Test auf die PAR_LKT_Temperatur 047 "Matlab Skript erstellt; " Run Matlab Skript Außentemperatur wird geladen Außentemperatur wird geladen i. O.
005 Test auf die ISO_IstTemp 048 Definieren Ist-Temperatur “ISO_IstTemp = 25” Run Matlab Skript Ist-Temperatur wird definiert und geladen Ist-Temperatur wird definiert und geladen i. O.
006 Test auf die ISO_TempDiff 049 Parameter geladen; PAR_LKT_Temperatur = 10 °C; ISO_IstTemp = 25 °C; Simulation eines Zeitschritts TempDiff = -15 °C； TempDiff = -15 °C； i. O.
007 Test des Wärmeverlusts der Wandfläche 023 ISO_IstTemp = 25 °C; " Simulation eines Zeitschritts Waermeverlust = -210,4W Waermeverlust = -210,4W i. O.
008 Test des Wärmeverlusts der Fensterfläche 016 Parameter geladen; PAR_FlaecheWand = 0; PAR_Flaeche_Fenster = 25; PAR_Grundflache = 0; PAR_LKT_Temperatur = 10 °C; ISO_IstTemp = 25 °C; Simulation eines Zeitschritts Waermeverlust = -187,5W Waermeverlust = -187,5W i. O.
009 Test des Wärmeverlusts der Bodenfläche 022 Parameter geladen; PAR_FlaecheWand = 0; PAR_Flaeche_Fenster = 0; PAR_Grundflache = 100; PAR_LKT_Temperatur = 10 °C; ISO_IstTemp = 25 °C; Simulation eines Zeitschritts Waermeverlust = -391,5W Waermeverlust = -391,5W i. O.
010 Test des Wärmeverlusts des Dachs 014 "Parameter geladen; PAR_FlaecheWand = 0; PAR_Flaeche_Fenster = 0; PAR_Grundflache = 100; PAR_LKT_Temperatur = 10 °C; ISO_IstTemp = 25 °C; Simulation eines Zeitschritts Waermeverlust = -391,5W Waermeverlust = -391,5W i. O.

Wärmekapazität

Testfall-ID Testfall-Name Anforderungs-ID Vorbedingungen und Eingänge Aktionen Erwartetes Ergebnis Ergebnis Bewertung Kommentar
001 Test auf alle Eingänge = 0 032 Parameter geladen Simulation eines Zeitschritts alle Ausgänge = 0 alle Ausgänge = 0 i. O. Keine Anforderung im Lastenheft dazu gefunden
002 Test auf korrekte Formel, wenn Außentemperatur größer als Innentemperatur ist 032 Parameter geladen; ISO_TempDiff=1K Simulation eines Zeitschritts ISO_Waermekapazitaet = (ISO_FlacheWand * PAR_ISO_WarmekapazitaetWand + LKT_Grundflaeche * (PAR_ISO_WarmekapazitaetDach + PAR_ISO_WarmekapazitaetBoden) + ISO_FlaecheFenster * PAR_ISO_WarmekapazitaetFenster) * ISO_TempDiff * 0.00028kWh/J = 24,3432kWh 24,3432 i. O. Keine Anforderung im Lastenheft dazu gefunden
003 Test auf korrekte Formel, wenn Innentemperatur größer als Außentemperatur ist 032 Parameter geladen; ISO_TempDiff=-1K Simulation eines Zeitschritts ISO_Waermekapazitaet = (ISO_FlacheWand * PAR_ISO_WarmekapazitaetWand + LKT_Grundflaeche * (PAR_ISO_WarmekapazitaetDach + PAR_ISO_WarmekapazitaetBoden) + ISO_FlaecheFenster * PAR_ISO_WarmekapazitaetFenster) * ISO_TempDiff * 0.00028kWh/J = -24,3432kWh -24,3432 i. O. Keine Anforderung im Lastenheft dazu gefunden -> macht eine negative Wärmekapazität Sinn?
004 Test auf Einheiten 032 Einheiten der Signale ohne Simulation überprüft Wärmekapazität laut Wikipedia in J/K Wärmekapazität in J bzw. kWh, also eine Energie n. i. O. Ist der Ausgang dann eher eine Wärmeenergie? https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmekapazit%C3%A4t

Ist-Temperatur

Testfall-ID Testfall-Name Anforderungs-ID Vorbedingungen und Eingänge Aktionen Erwartetes Ergebnis Ergebnis Bewertung Kommentar
001 Test auf alle Eingänge = 0 048 Parameter geladen. Simulation eines Zeitschritts alle Ausgänge = 0 alle Ausgänge = 0 i. O.
002 Test auf verbrauchte Leistung größer als Wärmeverlust 048, 050 HZT_Verbrauchteleistung = 200 W ISO_Waermeverlust = 100 W Simulation mehrere Zeitschritte, da Integratorblock genutzt wird Ausgang ISO_IstTemp steigt an Ausgang ISO_IstTemp steigt an i. O. Gain-Block muss angepasst werden. Temperatur steigt aktuell drastisch an auf unrealistische Werte. Evtl. begrenzen mit Saturationsblock.
003 Test auf Wärmeverlust größer als verbrauchte Leistung 048, 050 HZT_Verbrauchteleistung = 100 W ISO_Waermeverlust = 200 W Simulation mehrere Zeitschritte, da Integratorblock genutzt wird Ausgang ISO_IstTemp sinkt ab Ausgang ISO_IstTemp sinkt ab i. O. Gain-Block muss angepasst werden. Temperatur sinkt aktuell drastisch ab auf unrealistische Werte. Evtl. begrenzen mit Saturationsblock.

Integrationstest

Testfall-ID Testfall-Name Anforderungs-ID Vorbedingungen und Eingänge Aktionen Erwartetes Ergebnis Ergebnis Bewertung Kommentar
001 Startbedingungen - - "Initial Condition" des Integratorblocks als Parameter einstellen - - n. i. O. Parameter anlegen, mit dem die Starttemperatur im Haus eingestellt werden kann: PAR_ISO_IstTempInit
002 Draußen kälter als Drinnen 047 HZT_Verbrauchleistung = 0; LKT_Temperatur = 0°C; PAR_ISO_IstTempInit = 15°C Simulation eine Sekunde Haus kühlt ab Haus wärmt auf n. i. O. Den "Gain" im Block IstTemp haben wir auf 0.0001 gesetzt. Hier nochmal checken, was da ein passender Wert ist
003 Draußen wärmer als Drinnen 047 HZT_Verbrauchleistung = 0; LKT_Temperatur = 20°C; Simulation eine Sekunde Haus wärmt auf Haus wärmt auf i. O. Den "Gain" im Block IstTemp haben wir auf 0.0001 gesetzt. Hier nochmal checken, was da ein passender Wert ist
004 Einfluss Heizleistung 050 HZT_Verbrauchleistung = 5000W; LKT_Temperatur = 20°C; Simulation eine Sekunde Haus wärmt schneller auf Haus wärmt schneller auf i. O. Energiezufuhr (Heizleistung) kommt von HZT, sollte das nicht die Heizleistung von HZR sein?
005 Test auf Einheiten - - Check ohne Simulation SI-Einheiten kWh verwendet n. i. O. Im Block IstTemp rechnet ihr mit kWh statt mit Wh. Spielt keine Rolle, wenn der Gain entsprechend angepasst wird, wäre aber sauberer
006 Heizen im Winter 050 HZT_Verbrauchleistung = 10000W; Langzeitsimulation (10000s) Haus wärmt sich mit Heizleistung auf Innentemperatur des Hauses gleicht sich der Außentemperatur an n. i. O. -

Systemtest

Fazit

Literaturverzeichnis

→ zum Hauptartikel: Systems Design Engineering - Seminaraufgabe SoSe 2023: Energiehaushalt eines Hauses

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