Nachhaltigkeit durch optimales Zusammenspiel: Optimierung von Pumpen- und Lüftungssystemen
19.04.2022 von J. Breuer
Zur Reduktion des Energiebedarfs und der Lebenszykluskosten wird am Institut das optimale Zusammenspiel von Komponenten im Gesamtsystem erforscht. In einem abgeschlossenen Projekt hat Tim Müller die Optimierung von Pumpensystemen in Gebäuden und industriellen Kühlkreisläufen untersucht. Ein neues Projekt beschäftigt sich mit der optimalen Systemplanung raumlufttechnischer Anlagen.
Weltweit wird jedes dritte Kraftwerk dazu benötigt eine Pumpe, einen Ventilator oder einen Verdichter anzutreiben. Die Reduktion der Energiebedarfe dieser Komponenten ist somit ein wichtiger Enabler für die Energiewende. Hierfür kann einerseits die Effizienz der einzelnen Komponenten gesteigert werden, aber andererseits steckt ein erhebliches Potenzial im effizienten Zusammenspiel der Komponenten.
Um dies zu erreichen wird am Institut für Fluidsystemtechnik seit 10 Jahren die Methodik des Technical Operations Research angewendet, um die Optimierung des Zusammenspiels zu erforschen. Bei dieser Methodik wird Planung und Betrieb mit mathematischen Optimierungsverfahren verbessert und ein objektives Vergleichskriterium (Besser geht's nicht!) geliefert.
In einem nun abgeschlossenen Projekt hat Herr Tim Müller dabei Pumpensysteme in Gebäuden und industriellen Kühlkreisläufen untersucht. Mit Methoden der diskreten Optimierung konnte er zeigen, dass bis zu 1/3 der Lebenszykluskosten im Vergleich zu konventionellen Methoden eingespart werden können. Ein Großteil hiervon ist auf Energiekosten zurückzuführen. Die Ergebnisse seiner Forschung sind unter anderem in einer Veröffentlichung im Journal Optimization in Engineering, sowie im Abschlussbericht des AiF finanzierten Projektes (wird in neuem Tab geöffnet) zu finden.
In diesem Monat startet am Institut für Fluidsystemtechnik ein neues Projekt: In der algorithmischen Systemplanung von raumlufttechnischen Anlagen wird Julius Breuer die Erkenntnisse von Pumpensystemen auf Lüftungssysteme in Gebäuden übertragen und erweitern. Im Bereich von raumlufttechnischen Anlagen sind insbesondere neuartige Systemtopologien energetisch wie ökonomisch vielversprechend. Zudem werden effizientere Lüftungssysteme immer relevanter: Mit steigender Anzahl an luftdichten Neubauten, die sich durch eine hohe Energieeffizienz auszeichnen, wird der Bedarf an raumlufttechnischen Anlagen in den nächsten Jahren deutlich zunehmen.
Unterschiedliche Anforderungen an das Raumklima machen die Kopplung von Ventilatoren, wie auch von Heiz- und Kühlaggregaten sowie Luftbefeuchtern relevant, aber darüber hinaus das Zusammenspiel deutlich komplexer. Auch hier sind die Methoden des Technical Operations Research vielversprechend, um optimale und somit nachhaltigere Systeme zu planen.
In Kooperation mit dem Baudezernat wurde in einer ersten Fallstudie die Lüftungsanlage des Gerhard-Pahl-Zentrums optimiert und so die Lebenszykluskosten um mehr als 20 % gegenüber der bestehenden Anlage reduziert, wobei der Energiebedarf sogar um 28 % gesenkt werden konnte. Die Kooperation wird im Rahmen des Forschungsprojektes fortgesetzt.
