Ontwikkeling van een simulatieomgeving voor klimaatsystemen

In het kader van het project Climasim is een modellenbibliotheek ontwikkeld waarmee het gedrag van klimaatinstallaties kan worden gesimuleerd. De modellenbibliotheek is gebaseerd op de programmeeromgeving Matlab/Simulink. In de huidige bibliotheek zijn momenteel eenvoudige modellen beschikbaar van een luchtbehandelingsinstallatie, een verwarmingsinstallatie en een installatie met vrije koeling. Deze modellen bevatten submodellen van een luchtkoeler, verwarmer, bevochtiger, mengsectie en transportcomponenten zoals een pomp en ventilator, ventilatorconvector, droge koeler, koelmachine, ketel, radiatorgroep. Ook is er een eenvoudig gebouwmodel beschikbaar. Hiermee is het mogelijk om het gedrag van een gebouw met een installatie voor koeling en verwarming te simuleren. De bibliotheek is in eerste instantie voor onderwijsdoeleinden ontwikkeld maar gelijktijdig is zoveel mogelijk de toepasbaarheid voor de beroepspraktijk in ogenschouw gehouden. De modellen-bibliotheek is ontwikkeld om het simuleren te vereenvoudigen en heeft op dit moment niet de pretentie om gevalideerde modellen aan te bieden. Dat staat in een mogelijk vervolgtraject op het programma. In dit artikel wordt het gebruik van de modellenbibliotheek toegelicht aan de hand van enkele voorbeelden. Dit zijn: 1. Luchtbehandelingsinstallatie Het maken van een simulatiemodel voor de bepaling van het energiegebruik wordt aan de hand een voorbeeld toegelicht. Daarbij ligt de nadruk op de werkwijze en de mogelijkheden die de Climasim-omgeving hiervoor biedt. Simuleren van installaties dient op een gebruikersvriendelijke wijze te kunnen plaatsvinden Het streven is dat de gebruiker zonder kennis van Matlab/Simulink een model kan maken. De bibliotheekcomponenten zijn daartoe voorzien van een gebruikersinterface. Het aantal beschikbare modellen is nog vrij beperkt maar door gebruik te maken van een open structuur kan iedereen modellen aanreiken. De modellen moeten een bepaalde structuur hebben waardoor de koppeling tussen diverse modellen mogelijk wordt. 2. 1-zone gebouwmodel Het 1-zone gebouwmodel is te gebruiken in de ontwerpfase van een project. Het simulatiemodel maakt gebruik van een variabele tijdstap, waardoor zelfs processen met kleine tijdconstanten kunnen worden gesimuleerd. Omdat de zon-instraling op een vereenvoudigde wijze wordt verdisconteerd kan met een beperkt aantal invoergegevens worden gerekend. Uit enkele simulatietesten is gebleken dat het model de warmtebehoefte goed berekend en de koeling 30% te hoog inschat. 3. Verwarmingsinstallatie Dit is een voorbeeld van een complete installatie die als bibliotheekcomponent beschikbaar is in Climasim. De installatie berekent het energieverbruik van een ketel die als verwarmingsunit voor een radiatorgroep en een luchtverhitter werkt. Het ketelgedrag en het daaruit voortvloeiende rendement worden verrekend tot een jaarlijks energieverbruik. De gebruiker kan door het selecteren van installatieopties verschillende systemen energetisch vergelijken. 4. Vrije en mechanische koeling In een serverruimte wordt er door de computers zoveel warmte geproduceerd, dat er ook in de winter gekoeld moet worden. Het model "vrije en mechanische koeling" simuleert het gedrag van een koelinstallatie waarbij via de buitenlucht wordt gekoeld als de buitentemperatuur lager dan 10°C is. In de zomer of bij onvoldoende koudeproductie via vrije koeling, komt de compressiekoelmachine in bedrijf. Het is een eenvoudig model waarmee het energieverbruik van de installatie en de ruimtetemperatuur in het gebouw wordt berekend. Binnen het model bevindt zich een regeling voor het schakelen tussen het zomer- en winterbedrijf. Deze regeling is geprogrammeerd in de Matlab Simulink-tool "Stateflow". Met de simulatieomgeving Climasim is er een basis gelegd voor een bibliotheek met een open structuur. Aangezien er reeds veel modelbeschrijvingen en specifieke componentmodellen beschikbaar zijn kan de verdere ontwikkeling van een dergelijke simulatieomgeving in een hoog tempo plaatsvinden.