Energiehaushalt eines Hauses: Heizungs- und Klimatechnik HZT

Autoren: Lars Engeln; Sven Brinkmann
Betreuer: Prof. Dr.-Ing. M. Göbel

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

Einleitung

Im Studiengang "Business and Systems Engineering" wird das Fach "System Design Engineering" von Prof. Dr. Göbel unterrichtet. Diese Lehrveranstaltung zielt darauf ab, den Studierenden die Anwendung und Entwicklung des V-Modells näherzubringen, und zwar durch die Erstellung einer Seminararbeit. In diesem Artikel wird die Ausarbeitung der Gruppe Heizungstechnik (HZT) vorgestellt.

Zielsetzung der Seminaraufgabe

Das Hauptziel der Seminaraufgabe bestand darin, ein Haus zu simulieren und es in verschiedene Teilsysteme zu unterteilen. Hierbei folgten wir in Gruppen dem V-Modell und erarbeiteten Meilensteine. Am Ende war das Ziel, ein funktionsfähiges simuliertes Haus in Simulink zu erstellen, bei dem die einzelnen Systeme und Komponenten miteinander kommunizieren konnten.

V-Modell

Das V-Modell bietet einen strukturierten und schrittweisen Ansatz für die Entwicklung von Systemen und hilft dabei potenzielle Probleme frühzeitig zu identifizieren und zu beheben. Durch die klare Abfolge von Phasen und Tests ermöglicht das Modell eine effektive und effiziente Entwicklung und Qualitätssicherung von Softwareprojekten.

Wie in Abbildung 2 dargestellt, wurde das Projekt in die folgende Schritte unterteilt:

       1 Anforderungsdefinition 
       2 funktionaler Systementwurf 
       3 technischer Systementwurf 
       4 Komponentenentwurf 
       5 Programmierung/Modellierung 
       6 Komponententest 
       7 Integrationstest 
       8 Systemtest 
       9 Abnahme

Anforderungsdefinition: Lastenheft

Für die Anforderungsdefinition wird ein Lastenheft genutzt, das die Anforderungen, Erwartungen und Spezifikationen für das Projekt beschreibt. Es dient als formale und detaillierte Beschreibung der Anforderungen.

Das Lastenheft enthält Informationen über die Grundidee, Rahmenbedingungen, Schnittstellen, Art des Kühlsystems/Heizsystems, wie am Ende simuliert & dokumentiert wird und welche Alternativen es mal gegeben hat. Die Anforderungen sind unterteilt in einzelne Kapitel, bei welchen unterschieden wird, ob diese Anforderungen sind oder nur dazu dienen den Leser des Lastenheftes zu Informieren. Dazu wird von Professor Göbel entschieden, ob die aufgestellten Anforderungen akzeptiert werden, teilweise akzeptiert werden oder nicht akzeptiert werden. Dazu können die Anforderungen mit Kommentaren von Herrn Göbel versehen werden.

Das Lastenheft dient als Ausgangspunkt für die Entwicklung des technischen Systementwurfs.

Funktionaler Systementwurf

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

Technischer Systementwurf

Dieser technische Systementwurf beschreibt die Architektur, die Komponenten und die Schnittstellen. Die Komponente in diesem System ist eine einzelne Wärmepumpe, mit den Eingängen "HZR_Heizleistung","HZR_Warmwasserheizleistung_Wärmepumpe" und "LKT_Temperatur". Die Ausgaben des Systems sind "HZT_Verbrauchteleistung" und HZT_Warmwasserspeicher_verbrauchte_Leistung".

Die Wärmepumpe nimmt die von der Heizungsregelung vorgegebene Heizleistung und entnimmt der Lastkollektive die Außentemperatur. Mit diesen beiden Werten kann die Jahresarbeitszahl ermittelt werden, mit der die tatsächlich verbrauchte Leistung berechnet werden kann. Gleiches gilt für den Warmwasserspeicher, die ebenfalls von der Wärmepumpe erwärmt werden soll.

Die Wärmepumpe zeigt dann an, wie viel Leistung tatsächlich jeweils für den Warmwasserspeicher und die normale Deckenheizung/-kühlung verbraucht wird.

Komponentenspezifikation

Text

Programmierung / Modellierung

Komponententest