Die vorliegende Dissertation gibt einen Überblick über die Ergebnisse eines Projektes
an der Technischen Universität Wien seit 2012. Die enthaltenen Veröffentlichungen sind
im Laufe eines Kooperationsprojektes zwischen dem Institut für Mechanik und Mechatronik
(Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung), der FH Joanneum
Kapfenberg als Forschungspartner und der evon-automation GmbH, Gleisdorf als
Industriepartner entstanden. Das Projekt wurde von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft
(FFG Nr. 832103) gefördert.
Energieeinsparung in Bürogebäuden ist ein aktuelles Thema, welches in dieser Arbeit
behandelt wird. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung neuer Methoden für intelligente
und energieeffiziente Gebäuderegelungen, welche mit neuen modellprädiktiven
Regelungsstrategien umgesetzt wurden. Darüber hinaus konnte die erste Inbetriebnahme
in einem realen Gebäude mit sehr guten Ergebnissen abgeschlossen werden.
In dieser Dissertation wird ein nichtlineares modellprädiktives Regelungskonzept für
komplexe Bürogebäude präsentiert. Die Auflösung widersprüchlicher Optimierungsziele,
wie die Maximierung des Benutzerkomforts und die Minimierung des Energieverbrauchs,
stellt in der Gebäudeautomatisierung die größte Herausforderung dar. Modellprädiktive
Regelung (MPC) ist in der Lage diese kontroversen Ziele zu lösen, indem sie
Wettervorhersagen und/oder Belegungsinformationen berücksichtigt. Da die Dynamik
in Gebäuden nichtlinear ist, ist für die Regelung ein geeignetes Modell notwendig. In
dieser Arbeit wird das nichtlineare Gebäudemodell durch ein datenbasiertes Black-Box
Modell dargestellt, welches direkt für die MPC Auslegung verwendet werden kann. Das
komplexe nichtlineare Optimierungsproblem wurde in mehrere weniger komplexe Teilprobleme
(Gebäudezonen) aufgeteilt. Jede Zone wird unabhängig von den anderen mit
einem individuellen nichtlinearen MPC (Fuzzy MPC - FMPC) geregelt. Wegen einer
Betonteilaktivierung im Gebäude existieren Kopplungen zwischen den Zonen, somit ist
das globale Ziel, eine kooperative Lösung zwischen den Zonen zu finden. Dieses Problem
führt zu einer Kooperation der FMPCs, somit zu einem kooperativen Fuzzy MPC
(CFMPC), wobei eine unterliegende Iterationsschleife Konvergenz garantiert. Für den
CFMPC wurde Stabilität des geschlossenen Regelkreises und Konvergenz der kooperativen
Iterationsschleife nachgewiesen. Darüber hinaus ist dieses Konzept allgemein
für komplexe Bürogebäude geeignet, da es in der Lage ist optimal mit Beschränkungen
sowie mit Störungen umzugehen.