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Keywords
- Wärmebedarf (3)
- Wärmepumpe (3)
- Calibration (1)
- Exhaust gas recirculation (EGR) (1)
- Lean burn engines (1)
- Nitrogen oxides (1)
- Verteilungsnetz (1)
Institute
Der Bereich dieser Projektarbeit bezieht sich auf Heizsysteme mittels Wärmepumpen. Mit Hilfe dieser wird die gewünschte Komponente - Wärme - erzeugt, um damit ganz Nürnberg zu versorgen. Dafür wird das Potential an Heizenergie analysiert. Ziel dieses Projektes ist es Klein- und Großanlagen gegenüberzustellen und deren Stromverbrauch zu ermitteln, um festzustellen welche Anzahl an Pumpen für die Stadt Nürnberg benötigt wird.
Ziel dieser Arbeit ist es den Heizwärmebedarf des Jahres 2016 für die Haushalte der Stadt Nürnberg zu analysieren und diesen komplett mit Wärmepumpentechnologie zu decken. Dazu werden stündlich aufgenommene Datensätze der N-ERGIE herangezogen. Aus den gewonnen Ergebnissen können Lösungsvorschläge für die Zukunft gewonnen werden.
Es werden zwei unterschiedliche Wärmepumpenanlagen miteinander verglichen. Zum einen eine Kleinanlage mit der Bezeichnung „Vaillant Geotherm plus VWS 102/2“. Aus den Datenblatt dieser Anlage wurden die Betriebscharakteristiken „B0/W35“ mit 10,4 kW Heizleistung und „B5/W55“ mit 11 kW Heizleistung ausgewählt. Zum anderen wird eine Großanlage, „NEVELAN LA 31-WPR-Net“ mit den Betriebscharakteristiken „A2/W35“ mit 31 kW Heizleistung und „A2/W35“ mit 35 kW Heizleistung, gegenübergestellt.
Mit den analysierten Heizwärmedaten wird die Anzahl der jeweiligen Pumpen unter Volllastbetrieb für den stündlichen Heizwärmebedarf errechnet, welche visuell im zeitlichen Verlauf dargestellt werden. Weiterhin wird über den Carnot Wirkungsgrad und den über die Hersteller angegebenen COP Wert, der Gütegrad der Anlagen bestimmt. Mit Hilfe der stündlich angegebenen Außentemperaturen und des errechneten Gütegrades wird der stündlich reale technische COP Wert ermittelt. Damit wird für die jeweiligen Stunden die aufzubringende elektrische Leistung berechnet. Diese wird ebenfalls in einem zeitlichen Verlauf veranschaulicht.
Um die Heizwärme als regenerativ zu deklarieren, ist es notwendig, dass die elektrische Energie aus erneuerbaren Energietechniken gewonnen wird.
Zum Schluss wird der elektrische Energieverbrauch grafisch im monatlichen Intervall dargestellt und der monatliche Kostenbetrag für einen durchschnittlichen Haushalt berechnet.
High Resolution Global NOx Sub-Model for Embedded System Application with Low Calibration Effort
(2020)
The starting point of the present work is a global model of NOx formation for stoichiometric and lean combustion of hydrocarbons developed on the basis of a single non-linear algebraic equation. The latter is the exact solution of a system of differential equations describing the main kinetic reaction schemes of NOx formation, because it’s been analytically derived. The NOx sub-model incorporates the well-established thermal (extended Zeldovich) and the N2O reaction paths, which are considered to be the most relevant NOx production paths under certain operating conditions in arbitrary engine application. Furthermore, the NOx sub-model proposed here relies on well-established and adopted mechanisms like the GRI-Mech 3.0 [25] and consequently requires no parameter adjustment.
The single equation NOx sub-model has been developed by the authors in a previous study [14] and shown satisfactory results when validated against test bench data of two different engines operated under stoichiometric and lean burn combustion conditions respectively. Therefore, there is a strong evidence, that its implementation on embedded systems for "in-situ" and "in memory" analysis of engine process data, or even its application as a virtual sensor, is of great importance. Unfortunately, the previous developed NOx sub-model requires a few seconds running time per engine cycle. This long running time makes the model though less attractive for a real-time application. In the current study the main goal is to drastically reduce the computational times without compromising robustness and accuracy. The require-ments for the time resolution on a dSpace Microautobox (MAB) is set to at least 1 kHz, meaning running times of the NOx sub-model of 1 ms per engine cycle, while its accuracy needs to be ensured at the levels of the detailed NOx sub-model as validated in [14].
The computationally most expensive steps have been identified and concern on the one hand the chemical equilibrium calculations based on the minimization of the free Gibbs energy and on the other hand the iterative solution method of the non-linear algebraic equation for the determination of the actual NOx concentration. Approaches for both steps have been developed and tested on the dSpace MAB II leading to an average computational time of 20 μs per point. Main focus of the present work is on the NOx sub-model and not the associated thermodynamic sub-models needed to describe the whole process. In order to cope with any uncertainties in NOx sub-model’s input parameters (p, T and mixture composition) only one calibration factor has been introduced and hence leads to low calibration effort. The final NOx sub-model results are compared to the detailed model and show a very good agreement.