Das Projekt "Teilprojekt: Stabilisierung des GCAI-Brennverfahrens durch die Nutzung innerzyklischer Korrelationen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Fakultät 4 Maschinenwesen, Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen durchgeführt. GCAI stellt einen vielversprechenden Ansatz zur gleichzeitigen Minimierung von Verbrauch und Emissionsausstoß in Verbrennungsmotoren dar. Die aus der Verbrennungseinleitung über die Reaktionskinetik resultierende Zyklenkopplung führt jedoch zu zwei maßgeblichen ungelösten Herausforderungen, an deren Lösung aktuell stark geforscht wird: Die starke Abhängigkeit der Verbrennungsstabilität von den Randbedingungen sowie die Einschränkung des Kennfeldbereiches. Die Entwicklung innovativer zylinderdruckgeführter Regelungen wird hier als Lösungsansatz angesehen. In TP3 wird die Hypothese verfolgt, dass durch die Kombination von zwei neuartigen Ansätzen die Verbrennungsstabilität maßgeblich verbessert werden kann und somit die bestehenden Herausforderungen adressiert werden können. Durch den Regeleingriff innerhalb eines Verbrennungszyklus wird in Zusammenarbeit mit TP1 eine In-Zyklus-Regelung realisiert. Weiterhin wird in Zusammenarbeit mit TP5 der Einfluss von direkt eingespritztem Wasser als innerzyklische Stellgröße für GCAI untersucht und bewertet. Eine der Kernaufgaben ist die Erstellung eines echtzeitfähigen Verbrennungsmodells für GCAI, welches sowohl die Korrelationen zwischen einzelnen Größen innerhalb eines Zyklus als auch die Effekte von zugesetztem Wasser berücksichtigt. Bestehende Modelle, welche auf stationären Messungen basieren, sollen zur Abbildung der hochdynamischen Effekte innerhalb eines Zyklus und der Wassereinspritzung erweitert werden. Um die benötigte Datenbasis zu schaffen, werden transiente Untersuchungen durch das gezielte Einprägen von Ausreißerzyklen mittels zyklusindividueller Variation der Stellgrößen durchgeführt. Hierfür steht ein Forschungsmotor mit einem vollvariablen Ventiltrieb und einer frei programmierbaren Motorsteuerung zu Verfügung. Die in TP5 untersuchten Grundlagen bezüglich der Zugabe von Wasser und CO2 werden mit den transienten Motorversuchen abgeglichen und zur Erstellung des physikalisch-chemischen Anteils eines Grey-Box-Modells genutzt. Diese Zusammenhänge werden thermodynamisch analysiert, durch den Vergleich mit 1D Ladungswechsel und 3D CFD-Simulationen plausibilisiert und in echtzeitfähige Modelle überführt. Durch die Implementierung des Reglers in der Echtzeithardware können die Potentiale der Stabilisierung von GCAI durch In-Zyklus Eingriffe realisiert werden. In Zusammenarbeit mit TP1 wird der Multiskalenregler entwickelt, welcher mit TP2 auf die Restriktionen der Echtzeitplattform optimiert wird. Dabei ist eine bedarfsgerechte Aufteilung auf die Ressourcen Mikrocontroller und FPGA nötig. Es erfolgt eine funktionale Absicherung durch MiL-Tests und eine Co-Simulation des Reglers mit den zuvor entwickelten Modellen basierend auf einer 1D-Ladungswechselsimulation. Die Verifikation der Echtzeitfunktionalität wird mit einem HiL-Prüfstandsaufbau umgesetzt. Abschließend erfolgt die Überprüfung des Reglers durch Messungen am Motorprüfstand im transienten Betrieb sowie am Kennfeldrand.
Das Projekt "Teilvorhaben: Facility Management" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECON Deutsche Energie-Consult GmbH durchgeführt. Für sektorübergreifende Effizienzmaßnahmen zur Reduktion des Energieverbrauchs im Gebäudebereich sind präzise Vorhersagemodelle zur Berechnung des zukünftigen Verbrauchs als Kurzfrist-/Langfristprognose notwendig. Durch die Visualisierung zukünftiger Verbräuche und What-if-Analysen werden TGA-Betreiber bei der Eigenverantwortlichkeit für Energieeffizienz unterstützt. In dem Verbundvorhaben wird mit der Erforschung und Entwicklung von Grey-Box-Modellen für die Modellierung des Verhaltens von Gebäude und Energiesystem ein erfolgversprechender Ansatz favorisiert, die Lücke zwischen modellbasierter Vorhersage und tatsächlichem Verbrauch zu schließen. Erstmalig wird dabei auch der Einfluss der Alterung von technischen Anlagen und dessen Einfluss auf die Energieeffizienz berücksichtigt. Es entsteht eine Softwareumgebung als Mehrwertdienst für bestehende Gebäudeleittechnik. Mit der Einbettung in BIM-Prozesse folgt das Vorhaben dem Trend zur Digitalisierung von Prozessen im Baugewerbe. Dabei lassen sich vorhandene BIM-Daten vorteilhaft in die Parametrisierung der Grey-Box-Modelle einbeziehen. Aufgaben decon: AP1 - Anforderungen TGM- (Technisches Gebäudemanagement) Prozesse/Datenerfassung/GA- (Gebäudeautomation) System; AP2 - Datenanalyse/Zustandsdaten TGA- (Technische Gebäudeausrüstung) Verschleiß; AP3 - Energiebilanzmodelle für die TGA, Alterungsmodelle für TGA-Komponenten; AP 4 - BIM- (Building Information Modeling) Prozesse für Domäne TGM; AP 5 - Prognose/Optimierung Betriebsszenarien, Parameteridentifikation: Wilsdruffer Kubus/SPK-Gebäude, Modellvalidation; AP 6 - Integration in Gebäudemanagementsystem 'Qanteon/DDC4000, decon.fm'; AP 7 - Instrumentierung, Anschluss an GLT (Gebäudeleittechnik), Gebäudebetrieb, Konfiguration des FMopt-Mehrwertdienstes (alle Demonstratoren); AP 8 - wiss.-techn. Ergebnisbewertung. Die Bearbeitungsschwerpunkte von decon liegen in AP7 und AP3.
Das Projekt "Teilvorhaben: Modellentwicklung und Optimierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS, Institutsteil Entwicklung Adaptiver Systeme EAS durchgeführt. Für sektorübergreifende Effizienzmaßnahmen zur Reduktion des Energieverbrauchs im Gebäudebereich sind präzise Vorhersagemodelle zur Berechnung des zukünftigen Verbrauchs als Kurzfrist- und Langfristprognose notwendig. Durch die Visualisierung zukünftiger Verbräuche und durch modellgestützte What-If-Analysen werden Betreiber von technischer Gebäudeausrüstung bei der Abschätzung und Verbesserung der Energieeffizienz unterstützt. In dem Verbundvorhaben wird mit der Erforschung und Entwicklung von Grey-Box-Modellen für die Abbildung des Verhaltens von Gebäude und Energiesystem die Lücke zwischen modellbasierter Vorhersage und tatsächlichem Verbrauch geschlossen. Erstmalig wird dabei auch der Einfluss der Alterung von technischen Anlagen und ihr Einfluss auf die Energieeffizienz berücksichtigt. Es entsteht eine Softwareumgebung als Mehrwert für bestehende Gebäudeleittechnik. Mit der Einbettung in BIM-Prozesse (BIM: Building Information Modeling) folgt das Vorhaben dem Trend zur Digitalisierung von Prozessen im Baugewerbe. Dabei lassen sich vorhandene BIM-Daten vorteilhaft in die Parametrisierung der Grey-Box-Modelle einbeziehen. Der Arbeitsplan des Fraunhofer IIS/EAS enthält folgende Aufgaben: Arbeitspaket 1 (AP1) Anforderungsanalyse: Anforderungen an Verfahren und Werkzeuge; AP2 Datenanalyse: Verfahren zur Extraktion von Lerndatensätzen; AP3 Modellbibliothek: Methodik, Modelle, Modellbibliothek; AP4 BIM-Prozesse und Daten: Prozessdefinition für Technisches Gebäudemanagement, Datenschemata, Model View Definition, Exchange Requirements, BIM-basierte Modellkonfiguration und -aggregation; AP5 Modellerstellung, Prognose, Optimierung: Erzeugung valider Lerndatensätze und Prognosemodelle für Energieverbrauch und Alterung, Energie- und Verschleißoptimierung; AP6 Werkzeugintegration: API (Application Programming Interface) aus Modellsicht; AP7 Demonstrator: BIM-Modell, Lerndatensätze, Modellgenerierung, Test und Inbetriebnahme; Die Bearbeitungsschwerpunkte von Fraunhofer IIS/EAS liegen in AP3 und AP5.