In dieser Arbeit wird die Regelung von CO2-Kompressionskältekreisläufen verbessert. Der Schwerpunkt liegt auf der Wahl des Hochdrucks und der Drehzahl der Ventilatoren vom Gaskühler. Es werden drei Ziele verfolgt. Alle Methoden sind einheitlich anwendbar auf den sub- und transkritischen Betrieb und auf Systeme mit Expansionsventil oder Ejektor als zentrales Expansionsorgan. Das erste Ziel ist eine energieoptimierende Betriebsweise für Kältemaschinen. Hierzu werden physikalische Gleichungen für die partiellen Ableitungen des Kälte-COP nach dem Hochdruck und der Ventilatordrehzahl hergeleitet. Gemäß der neuartigen Null-Gradientenregelung werden die Ableitungen während des Betriebs ausgewertet und als Istwerte von dezentralen Reglern verwendet. Diese regeln die Ableitungen mit Hilfe der Querschnittsfläche des Expansionsorgans und der Ventilatordrehzahl zu null, sodass der Kälte-COP maximal wird. Simulationsstudien zeigen Energieeinsparungen von bis zu 22% und einen vorteilhaften Umgang mit fehlerhaften Messsignalen. Messungen bestätigten, dass das Energieoptimum annähernd erreicht wird und bei Gaskühlerverschmutzungen Energieeinsparungen von 10% realistisch sind. Das zweite Ziel ist eine energieoptimierende Betriebsweise für den Fall einer zusätzlichen Wärmeauskopplung. Ein energieoptimierter Betrieb wird durch Wechsel zwischen zwei Betriebsmodi erreicht. Im Aufheizmodus wird ein zusätzlicher Schichtenspeicher mit einem maximalen COP der zusätzlichen Wärme be-, und im Kühlmodus mit einem maximalen Kälte-COP entladen. Mit Lösungen von Optimalsteuerungsproblemen wird eine zyklische Betriebsweise auf Basis der Null-Gradientenregelung entwickelt. Die Betriebsmodiwechsel erfolgen in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur des zu Heizzwecken verwendeten Wassers. Die simulativ nachgewiesenen Energieeinsparungen betragen bis zu 17%. Der zu Heizzwecken benötigte Energieverbrauch wird um bis zu 45% reduziert. Das dritte Ziel ist eine energieoptimierende und an das jeweilige System und den Betriebspunkt angepasste Entkopplungsregelung. Das Eingangs-Ausgangsverhaltens wird mit Ersatzmodellen abgebildet. Deren Parameter werden während des Betriebs identifiziert. Eine Umrechnungsvorschrift ermöglicht die Parameteranpassung an die Umgebungstemperatur. Mit quantitativen Formeln werden geeignete Ansätze zum Entwurf von Entkopplungsreglern ausgewählt. Die Verbesserung der Regelgüte wird simulativ und experimentell nachgewiesen, die Energieeinsparungen betragen bis zu 20%.


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    Title :

    Energieoptimierte Regelung von CO2-Kompressionskältekreisläufen


    Additional title:

    Energy-optimized Control of CO2-Refrigeration Cycles



    Publication date :

    2020



    Type of media :

    Miscellaneous


    Type of material :

    Electronic Resource


    Language :

    German


    Classification :

    DDC:    629.8 / 536



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