Energieoptimale Regelung von Kälteprozessen

Mit dem Ziel, die möglichst energieeffizienteste (energieoptimale) Betriebsweise zu erreichen, werden für zwei unterschiedliche Kälteprozesse neue Regelungsmethoden entworfen und untersucht. Grundlage der Untersuchungen sind zwei prototypisch aufgebaute Anlagen: eine Kompressionskältemaschine mit dem Kältemittel R134a sowie eine Zwei-Bett-Adsorptionskältemaschine mit der Stoffpaarung Silikagel/Wasser. Für beide Anlagen wird der komplette Prozess von der Modellerstellung, über den theoretischen Regelungsentwurf mittels Simulation und dynamischer Optimierung, bis hin zum Einsatz der entworfenen Regelungen an den realen Anlagen vollständig und detailliert beschrieben. Es wird eine Nichtlineare Modellbasierte Prädiktive Regelung für Kompressionskältemaschinen entworfen und an einer realen Anlage umgesetzt. Dabei wird das anhand von Messdaten parametrisierte Systemmodell zusammen mit einem spezialisierten Optimierungsalgorithmus aus dem Softwarepaket MUSCOD-II verwendet. Dem Echtzeit-Iterations-Schema folgend werden durch wiederholte online Optimierungsrechnungen Stellgrößen bestimmt und an die Anlage gesendet. Für Adsorptionskältemaschinen wird eine selbstoptimierende Regelung zur automatischen Bestimmung der Zyklusdauer mit maximaler durchschnittlicher Kälteleistung entwickelt und an einer realen Anlage angewendet. Die Optimalität der zyklisch stationären Betriebspunkte, die sich mit dieser Regelungsmethode einstellen, wird bewiesen. Gegenüber vergleichbaren bekannten Regelungskonzepten zeigen Simulationsstudien eine Steigerung der mittleren Kälteleistung von 13 % bei dynamischen Randbedingungen.