Automatisierung kältetechnischer Anlagen auf Basis der mathematischen Modellierung des Gesamtsystems:
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Düsseldorf
VDI Verl.
1996
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| adam_text | Titel: Automatisierung kältetechnischer Anlagen auf Basis der mathematischen Modellierung des Gesamtsystem
Autor: Becker, Martin
Jahr: 1996
SCHRITT- m BERICHTEyljl Dipl.-Ing. Martin Becker, Freisen Automatisierung kältetechnischer Anlagen auf Basis der mathematischen Modellierung des Gesamtsystems Reihe 19 : Wärmetechnik/ Kältetechnik Nr. 86 VDIVERLA3
Inhaltsverzeichnis V 1 Einleitung ............................................................................................................................1 1.1 Stand bei der Automatisierung kältetechnischer Anlagen.........................................1 1.2 Motivation und Ziele der Arbeit................................................................................2 1.3 Gliederung der Arbeit................................................................................................4 2 Kältetechnische Anlagen.....................................................................................................6 2.1 Aufbau und Wirkungsweise kältetechnischer Anlagen.............................................7 2.2 Verlauf eines Kühl- und Abtauzyklus......................................................................12 2.3 Anforderungen an die Automatisierung kältetechnischer Anlagen.........................IS 2.4 Abgrenzung des kältetechnischen Systems.............................................................19 3 Simulationsmodelle für kältetechnische Systeme.............................................................21 3.1 Motivation für die Modellbildung...........................................................................22 3.2 Übersicht zu Simulationsmodellen für kältetechnische Systeme............................24 3.3 Prinzipielle Vorgehens weise bei der mathematischen Modellbildung....................27 4 Grundlagen für die Modellbildung kältetechnischer Systeme ..........................................28 4.1 Einführung...............................................................................................................29 4.2 Gleichungen für die Energie- und Massenbilanz.....................................................30 4.2.1 Energiebilanz.................................................................................................30 4.2.2
Massenbilanz.................................................................................................32 4.3 Eigenschaften feuchter Luft.....................................................................................33 4.3.1 Zusammenhang zwischen Temperatur und Luftfeuchtigkeit........................33 4.3.2 Thermische Zustandsgleichungen.................................................................33 4.3.3 Enthalpie der feuchten Luft...........................................................................35 4.4 Wärme- und Stoffübertragung.................................................................................37 4.4.1 Wärmeleitung................................................................................................37 4.4.2 Wärmeübergang und Wärmedurchgang........................................................39 4.4.3 Wärmestrahlung............................................................................................40 4.4.4 Analogie zwischen Wärme- und Stoffübertragung.......................................41 4.5 Analogie zwischen thermischen und elektrischen Größen......................................45 5 Aufbau des Simulationsmodells........................................................................................49 5.1 Übersicht über das Gesamtmodell...........................................................................50 5.2 Modellierung der Kälteanlage..................................................................................52 5.2.1 Einführung.....................................................................................................52 5.2.2 Modell für die Kältemaschine.......................................................................52 5.2.3 Modell für den Verdampfer...........................................................................54 5.2.4 Modell für den
Verdampferventilator............................................................67 5.2.5 Modell für die Abtauheizung.........................................................................68 5.3 Modell einer Kühlraumwand...................................................................................70 5.4 Modell für die Speichermasse im Kühlraum...........................................................72 5.5 Modell für das eingelagerte Kühlgut.......................................................................73 5.6 Modellierung von Luftaustauschvorgängen............................................................77 5.7 Modellierung der feuchten Kühlraumluft................................................................80 5.7.1 Bilanzierung der ein- und austretenden Wärme- und Stoffströme................80 5.7.2 Energie- und Massenbilanz für ungesättigte Luft..........................................84 5.7.3 Energie- und Massenbilanz für gesättigte Luft..............................................85 5.8 Berücksichtigung weiterer Kälte- und Feuchtelasten..............................................89 5.9 Implementierung des Simulationsmodells...............................................................90
VI ____ Inhaltsverzeichnis 6 Exemplarische Simulationsstudien mit Vergleich von MeBergebnissen .........................94 6.1 Simulationsstudie für einen Kühl- und Abtauzyklus..............................................95 6.2 Vergleich von MeBuntersuchungen mit Simulationsergebnissen......................... 104 6.3 Diskussion und Bewertung der Ergebnisse........................................................... 112 7 Untersuchungen zur Kühlstellenregelung ......................................................................114 7.1 Vorüberlegungen und Motivation......................................................................... 115 7.2 Untersuchungen zum Kühlraumklima.................................................................. 118 7.3 Kühlstellenregelung mit schaltenden Stellgliedern............................................... 123 7.3.1 Überblick.................................................................................................... 123 7.3.2 Zweipunkt-Temperatuiregelung (Standardregelung)................................. 123 7.3.3 Zweipunkt-Temperaturregelung mit Lüftersteuerung 127 7.3.4 Zusammenfassung für unstetige Regelungskonzepte................................. 131 7.4 Kühlstellenregelung mit stetigen Stellgliedern..................................................... 132 7.4.1 Überblick.................................................................................................... 132 7.4.2 Fuzzy Control............................................................................................. 135 7.4.3 Fuzzy-Controller für Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit................ 138 7.5 Diskussion der Ergebnisse und Ausblick.............................................................. 148 8 Zusammenfassung.......................................................................................................150
Anhang................................................................................................................................151 Formelzeichen und häufig verwendete Indizes...................................................................159 Literaturverzeichnis, 164
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