N5GEH-TWE-Flex - Optimierung und Flexibilisierung von Erzeugungsanlagen zur Trinkwassererwärmung

Abstract

Im Forschungsprojekt wurde die Detektion zusätzlicher Daten (Temperaturen, Zapfprofile) mittels Temperaturhalteband (THB) für die Trinkwassererwärmung (TWE) untersucht. Zunächst erfolgte eine Literaturanalyse (Kap. 2), die als Basis für weitere Arbeiten diente. Anschließend wurden der Einsatz der THB-Steuerbox analysiert und ein IoT-Konzept zur Übertragung und Verarbeitung von Daten aus Versuchsständen und Feldtests entwickelt (Kap. 3 und 4). Die Umsetzung erfolgte mit der N5GEH-Plattform. Kap. 5 beschreibt den Aufbau eines HiL-Versuchsstandes an der TU Dresden. Die Messergebnisse (Kap. 6) und ein numerisches Modell (Kap. 7) bildeten die Grundlage für die Entwicklung von Services zur Datenaufbereitung (Kap. 9), energetischen Optimierung (Kap. 10) und hygienischen Analyse (Kap. 11). Die Entwicklungen wurden abschließend im Feldtest erprobt (Kap. 12). Die Datenauswertung zeigte, dass das THB präzise Temperaturen in der Trinkwasserinstallation misst, während die Zapfdetektion durch thermische Trägheit eingeschränkt ist. Besonders der Beginn von Zapfereignissen nach Stillstandszeiten ließ sich gut bestimmen, während das Ende oder kurze, aufeinanderfolgende Zapfungen schwerer zu erfassen waren. Weiterhin wurde ein Algorithmus zur Prognose des Wärmebedarfs für die TWE entwickelt. Er zeigte sowohl in Feldtests als auch in Simulationen eine nutzbare Güte und ermöglicht eine Optimierung der TWE-Betriebsführung, etwa durch regelbasierte Ansätze zur Reduktion des Endenergieeinsatzes oder modellprädiktive Regelungen zur Berücksichtigung externer Größen. Allerdings ist eine gleichzeitige Reduktion von Endenergieverbrauch und -kosten nur begrenzt möglich. Die gewonnenen Daten können auch zur Steuerung des THB genutzt werden, um die Temperatur in der Trinkwasserinstallation zu regulieren und den Energieeinsatz zu optimieren, ohne hygienische Anforderungen oder Nutzerkomfort zu beeinträchtigen. Die Konzepte bieten jedoch eine Grundlage für zukünftige Analysen.