AERA

Arbeitsgruppe Energie Rationell Anwenden
an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Meßtechnik und Software

Im Rahmen der Arbeit von AERA werden verschiedene Meßsysteme zur IST-Analyse einer Vielfalt von Daten verwendet. Diese wurden z. T. im Hause entwickelt einschließlich der Erfassungs- und Auswertungssoftware. Die verwendeten Meßsysteme und Software werden im folgenden kurz dargestellt.

Meßsysteme

Transportables Meßsystem für Leistungsgänge mit Fernauswertung (EIC-System)

Das EIC-System (Energy-Interface-Card), das im Rahmen der Arbeit von AERA entwickelt wurde, erfüllt die folgenden Anforderungen:

Parallele Aufnahme von Leistungsgängen durch Abtastung von Stromzählern und Wärmemengenzählern mit Impulsausgängen bzw. über optische Zählerabtaster oder durch Stromwandlerzangen.
Zeitlich begrenzte Messungen innerhalb und außerhalb der Universität mit geringem Transportaufwand.
Datenspeicherung über einen längeren Zeitraum und Datenfernübertragung
Aufnahme von Leistungsgängen mit hoher zeitlicher Auflösung (Minutenauflösung).

Fest installiertes Energiemanagement-System an der Universität Kiel (ECS-System)

Seit einigen Jahren wird an der CAU das Energy-Control-System (ECS) der Firma Metrawatt schrittweise ausgebaut. In den einzelnen Unterverteilungen (z. B. einzelne Gebäude, Hörsäle oder Teilbereiche von Gebäuden) wurden Zähler mit Impulsausgang installiert. Die Ausgangssignale werden von einer zentralen Summenstation erfaßt. Die Summenstation erfüllt die folgenden Aufgaben:

Aufnahme der Impulse von bis zu 24 Zählern; Vernetzung mit anderen Summenstationen.
Datenspeicherung. Insbesondere wird die kumulierte Energie verschiedener Zeitintervalle (15-Minuten-Intervalle, Tages-, Monats-, Jahresintervalle) gespeichert.
Kommunikation über die serielle RS 232-Schnittstelle mit einem PC. Auf diese Weise lassen sich die Daten auf Festplatte oder Diskette kopieren.

Dieses System ist insbesondere für langzeitige Messungen und die Überwachung des Energieverbrauchs über einen längeren Zeitraum geeignet.

Transportable Meßsysteme für analoge Meßgrößen

Von zahlreichen Sensoren werden analoge Ausgangssignale geliefert (z. B. Temperatursensoren, CO₂-Sensoren, Mischluftklappenstellung). Für diese Messungen wurden zwei Systeme zur Erfassung von Analog-Meßgrößen bestehend aus Interface-Karte, Erfassungssoftware, diversen Sensoren und teilweise erforderlichen Meßverstärkern aufgebaut. Diese Meßsysteme wurden in ältere PCs (286er und 386er) eingebaut und genügen den folgenden Anforderungen:

Parallele Messung verschiedener pysikalischer Größen, im Zusammenhang mit Energiedienstleistungen (z. B. Temperatur, CO₂).
Aufnahme von zeitlichen Verläufen der relevanten Meßgrößen.
Zeitlich begrenzte Messungen innerhalb und ausserhalb der Universität mit geringem Transportaufwand.
Datenspeicherung über einen längeren Zeitraum.

Software

Softwarepaket für statistische Auswertung und Darstellung von Leistungsgängen

Zur genaueren Auswertung der aus dem ECS ausgelesenen Daten wurde eine umfangreiche Software geschrieben, die verschiedene Darstellungen und Analysen der Daten ermöglicht. Die Programme sind mit Hilfe des PAW-Graphikpaketes geschrieben. Im folgenden ein kurzer Überblick über die verschiedenen Darstellungsmöglichkeiten:

Leistungsgänge der Monatsmittelwerte und Tagesmittelwerte,
Leistungsgänge der Wochenmittelwerte mit Aufschlüsselung nach Grundlast und variablem Anteil,
Leistungsgänge in 15-Minuten-Auflösung über je einen Tag oder eine Woche dargestellt,
Summen- und Differenzbildung mit ausgewählten Kanälen,
Berechnung von mittleren Tagesgängen über je einen Monat oder einen beliebigen längeren Zeitraum,
Bestimmung von geordneten Lastlinien,
Häufigkeitsverteilungen von 15-Minuten-Intervall-Leistungen über ein Jahr,
Häufigkeitsverteilungen von Tagesmaxima und -minima (der 15-Minuten-Leistungen) über je ein Jahr,
Jahresleistungsgänge der Tagesmaxima und -minima,
genaue Bestimmung von Grundlast und variablem Anteil der einzelnen Unterverteilungen und Bestimmung der jahreszeitlichen Veränderungen dieser Anteile.

Online-Software für das ECS und EIC-System

Zur Online-Darstellung von Leistungsgängen wurde von AERA ein Programm für die folgenden Zielsetzungen geschrieben:

Einfache graphische Online-Darstellung von Lastgängen für das ECS (Energie-Control-System) und das EIC-System (Energie-Interface-Card);
Möglichkeit, die erfaßten Daten sofort betrachten und vorauswerten zu können;
Schnelle Erkennung von Fehlern und Ausfällen;
Visualisierung des aktuellen Stromverbrauchs auf einem Monitor;
Nutzung für Vorführungszwecke.

Die Programme sind in Turbo-Pascal mit Hilfe von Graphik-Tools programmiert. Das Programm läßt sich per Maussteuerung einfach bedienen und ermöglicht dem Benutzer Tages-Leistungsgänge ausgewählter Kanäle des ECS-Systems auf den verschiedenen Summenstationen an der Uni sofort graphisch darzustellen. Dabei wird einerseits auf die aktuell in den Summenstationen gespeicherten Daten und andererseits auf die auf Festplatte. Mit diesem Programm kann man also praktisch durch das ECS "surfen".

TRNSYS-Wärmesimulationsprogramm

Mit dem TRNSYS-Simulationsprogramm lassen sich die Wärmetransportvorgänge in Gebäuden oder in Teilbereichen von Gebäuden dynamisch simulieren (siehe AERA-Text Nr. 3). Dabei werden die zeitlich variablen Wetterparameter in Form eines Datensatzes vorgegeben und die dynamischen thermischen Vorgänge im Gebäude nach physikalischen Modellen simuliert. Dadurch können im Prinzip aufwendige Messungen ersetzt werden.

Zur Simulation wird das Gebäude in mehrere thermische Zonen eingeteilt. Eine thermische Zone besteht dabei aus einem oder mehreren Räumen und genügt den gleichen Randbedingungen, d. h. Solltemperatur, Heizleistung und Luftwechselrate werden jeweils nach Zonen getrennt definiert. Von den geometrischen Daten des Gebäudes werden die Größen der einzelnen Wand- und Fensterflächen, die Orientierung der Außenflächen zur korrekten Behandlung der Solarstrahlen und der Schichtaufbau der Wände eingegeben. Im Simulationsablauf wird für jede thermische Zone eine Wärmebilanz für die Raumluft und eine Bilanz für die langwellige Strahlung aufgestellt.

Stand: Juni 1999

reeder@physik.uni-kiel.de

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