Energiehaushalt eines Hauses: Isoliereigenschaften des Hauses ISO: Unterschied zwischen den Versionen
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| 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? | | 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? | ||
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| 004 || Test auf Einheiten || 032 || | | 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 | ||
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Version vom 5. Juli 2023, 17:26 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
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