Vorhersage der Raumtemperatur anhand von Wetter- und Gebäudedaten

Wissenschaft Physik
#1

Liebe Community,

Ich hoffe Ihr könnt uns helfen. Wir sollen für die Uni ein Softwareprojekt erstellen. Dabei haben wir uns für eine Simulation entschieden. Wir wollen mit unserer Software die voraussichtliche Raumtemperatur anhand von Wetter- und Gebäudedaten berechnen. Leider fehlt uns dazu eine Formel. Wir haben schon viel im Netz recherchiert und haben nicht wirklich etwas brauchbares gefunden. Die Formel müsste auch nicht extrem kompliziert sein.

Hier nochmal die Daten die wir theoretisch in unsere Rechnung einbeziehen können.

  • Größe des Raumes
  • Fläche der Fenster
  • Art des Fensters (z.B. Einfach- oder Doppeltverglast)
  • Himmelsrichtung der Fensterfläche
  • Infos ob bewölkt oder klarer Himmel
  • Außentemperatur
  • Lampentyp und Anzahl im Raum
  • Personen im Raum
  • ggf. Lüftungszeiten

Ich hoffe Ihr könnt uns irgendwie weiterhelfen. Schon mal danke im voraus.

Liebe Grüße
Joshu@

#2

Woran hapert es denn? Fensterflächebprojektion?

#3

Das wir keine Ahnung haben wie wir diese Werte in einer Formel zusammenfassen. Wir hätten gerne eine Funktion, der wir diese Werte für eine Zeit T, sowie eine Anfangsraumtemperatur geben, die den Zeitpunkt T-1 wiederspiegelt, übergeben und hätten dann gerne die geschätze Raumtemperatur für den Zeitpunkt T als Ergebnis. T soll dabei eine Ganze Zahl sein und und einen Zeitraum von einer Stunde wiederspiegeln.

#4

Und in welchem Kontext soll das ganze laufen?

Wenn der Schwerpunkt darauf liegt, ein Programm zu schreiben, dann sind die Formeln fast schon egal, sofern sie nur halbwegs sinnvoll aussehen.

Aber wenn der Schwerpunkt mehr auf der bautechnischen / energetischen Seite liegt, sollten die Ergebnisse so präzise wie möglich sein. Und dann kann man da ne Doktorabeit drüber verfassen.

Und du schreibst einerseits was von Berechnung, andererseits habt ihr euch für eine Simulation entschieden.
Das sind zwei grundverschiedene Dinge.
Bei der Berechnung wird aus den Ausgangsparametern direkt das Ergebnis berechnet. Die Grenzen liegen dort, wo der Sachverhalt nicht mehr so einfach durch Formeln erfasst werden kann.
Bei einer Simulation werden allgemeingültige Gesetzmäßigkeiten benutzt, um schrittweise Veränderungen zu ermitteln. Beispielsweise wird dann in eurem Fall Sekunde für Sekunde berechnet, wieviel Wärme ein bestimmter Teil des Gebäudes in einer Sekunde abbekommen hat, und wieviel davon an benachbarte Teile des Gebäudes weiter gegeben wird.

#5

Also letzt endlich geht es um die Software, die Formel sollte nach Wunsch des Dozenten trotzdem nicht zu trivial sein. Wir wollten diese Raumtemperatur gerne wie eine Wettervorhersage für den nächsten Tag darstellen, sodass wir stündlich einen Temperaturwert angeben können. Daher sprach ich von einer Simulation. Diese Berechnung soll aber eben auch den vorherigen Wert als Anfangswert einbeziehen.

Letzt endlich muss die Formel nicht extrem genau sein. Es wäre jedoch schön wenn Sie eben auch nicht komplett trivial wäre.

Liebe Grüße und vielen Dank für eure Hilfe

Joshu@

#6

Das wird entweder „dramatisch“ oder ihr macht es einfach.

nach meinem Verständnis im Groben:

  1. Gebäudedaten: Idealisiert nur ein Raum (mehrere Räume würden auch untereinander „agieren“)
  2. Für alle Flächen des Raumes ist bekannt, wie viel Energie „hindurch“ kann: W/(m^2*K) (K=Temperatur unterschied in kelvin) und wie groß diese sind.
  3. Es ist bekannt, wie viel Energie dem Raum zugeführt wird. (innen, aber zB auch durch Sonne) du das auch zeitabhängig.
  4. Ihr habt nicht konstante Bedingungen bei der Berechnung. Im Zeitverlauf ändert sich die Außentemperatur und auch die innen. Damit die Temperaturdifferenz und damit der Wärmeaustausch (siehe 2.).

Wollt ihr das weiter „so“ betreiben? Neben der Programmierung scheint mir das Modell auch nicht trivial. (Auch wenn man noch ein paar Vereinfachungen macht) Klingt aber spannend!

fg

Dirk_P

#7

Stellt eine Energiebilanz der Raumluft auf (Größe des Raumes beachten).

Berechnet dazu die einzelnen Anteile, die zur Änderung der Raumluftenergie beitragen. Menschen heizen mit 100W/Person. Außenflächen geben Energie ab. Fensterflächen geben Energie ab. (Jeweils Innen- und Außentemperatur beachten). Fensterflächen nehmen Sonnenenergie auf (Richtung der Sonne für die Berechnung der wirksamen Fläche beachten, verschiedene Strahlungsleistung der Sonne je nach Jahreszeit, Tageszeit und Bewölkung aus Tabelle besorgen). Lampen heizen je nach Wirkungsgrad. Lüftung bringt Luftmenge mit Außentemperatur hinein, die aufgeheizt werden muss.

Wie sieht es mit Heizung aus? Mit elektrischen Verbrauchern - also letztendlich weiteren Enerigiequellen?

Die Raumluft ist der Energiespeicher. Veränderungen ergeben sich aus dem, was von dieser Menge in bestimmten Zeitabschnitten abgezogen oder hinzu addiert wird. Das nennt man dann ‚diskrete Simulation‘.

Fehlt noch was?