Hierarchical Model Predictive Control for complex building energy systems

Bauphysik, vol. 42, pp. 306–314

Abstract

Abstract Hierarchische modellprädiktive Regelung für komplexe Gebäudeenergiesysteme In diesem Beitrag wird eine hierarchische Modelica‐basierte modellprädiktive Regelung (MPC) vorgestellt, um komplexe Gebäudeenergiesysteme mit unterschiedlichen Dynamiken zu regeln. Das hierarchische MPC‐Konzept adressiert die Herausforderung in Gebäudeenergiesystemen, in denen gleichzeitig sowohl langsame Dynamiken wie in thermisch aktivierten Bauteilsystemen (TABS) als auch schnelle Dynamiken wie in Lüftungsgeräten geregelt werden. Der Ansatz berücksichtigt mögliche Vorhersage‐Fehler von System‐Störgrößen (z. B. Wetter, Belegung) und stellt Antizipation, Reaktivität und Echtzeitfähigkeit sicher. Darüber hinaus ermöglicht die Modellierung die Berücksichtigung sowohl des thermischen als auch des visuellen Komforts durch Integration eines Norm‐basierten Modells für Jalousien. Es berechnet die Transmission von Gesamtenergie und Licht für direkte und diffuse solare Strahlung basierend auf der Steuerung des Neigungswinkels und der vertikalen Stellung der Lamellen. Die Vorteile gegenüber einer einzelnen MPC, regelbasiertem Ansatz (RBC) und PID‐Reglern werden in Simulationen an einem nichtlinearen Modelica Raum‐Modell demonstriert.

Authors 3

1. Maximilian Mork corresponding

   Forschungszentrum Jülich

   Affiliation as printed

   Forschungszentrum Jülich GmbH Institute of Energy and Climate Research, Energy Systems Engineering (IEK‐10) Wilhelm‐Johnen‐Straße 52428 Jülich

2. André Xhonneux

   Forschungszentrum Jülich

   Affiliation as printed

   Forschungszentrum Jülich GmbH Institute of Energy and Climate Research, Energy Systems Engineering (IEK‐10) Wilhelm‐Johnen‐Straße 52428 Jülich

3. Dirk Müller Aachen

   RWTH Aachen University

   Affiliation as printed

   RWTH Aachen University E.ON Energy Research Center Institute for Energy Efficient Buildings and Indoor Climate Mathieustraße 10 52074 Aachen