Noah Daniel Pflugradt

Modellierung von Wasser und Energieverbräuchen in Haushalten

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Kurzfassung in Deutsch

In dieser Arbeit wird ein Modell für die Simulation des Verbraucherverhaltens in Haushalten entwickelt. Das Ziel ist die Erstellung von Lastprofilen für den Strom- und Wasserverbrauch. Das Modell wird in einem Programm implementiert. Die Ergebnisse werden anschließend validiert und verschiedene Kenngrößen mit Literaturwerten verglichen. Abschließend wird eine Parameterstudie durchgeführt, um den Einfluss verschiedener Faktoren wie z.B. das Arbeitszeitmodell oder die Feiertagsmodellierung auf Lastprofile zu quantifizieren. Das Modell basiert auf einem Bedürfnismodell aus der Psychologie und ermöglicht den Verzicht auf die Errechnung von Aktivitäts-Wahrscheinlichkeitsverteilungen.

Kurzfassung in Englisch

In this thesis a model for the simulation of the behaviour of people in residential households is introduced. The goal is to generate load profiles for residential electricity and water consumption. The model is implemented as a Windows program. The results are validated and various metrics are compared with literature values. A parameter study is performed to quantify the influence of various factors such as the working hours or the influence of holidays on the load profile. The model is based on a desire model from the field of psychology and makes it possible to avoid calculating any probabilty distributions.

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Schlagwörter
(Deutsch)
Lastprofil, Lastprofilgenerator, Haushaltsenergieverbrauch, Verhaltensmodell, Wasserverbrauch, Zapfprofile, Niederspannungsnetze
Schlagwörter
(Englisch)
Load Profile, Load Profile Generator, residential energy consumption, water consumption, dhw profile, low voltage net works, load curve generator
SWD SchlagworteLastprofil, Haushalt, Energieverbrauch, Elektrizitätsversorgungsnetz
DDC Klassifikation620
Institution(en) 
HochschuleTechnische Universität Chemnitz
FakultätFakultät für Maschinenbau
ProfessurProfessur Technische Thermodynamik
BetreuerProf. Dr.-Ing. habil. Bernd Platzer
GutachterProf. Dr.-Ing. habil. Bernd Platzer
Prof. Dr.-Ing. habil. Volker Quaschning
DokumententypDissertation
SpracheDeutsch
Tag d. Einreichung (bei der Fakultät)06.04.2016
Tag d. Verteidigung / Kolloquiums / Prüfung12.07.2016
Veröffentlichungsdatum (online)26.08.2016
persistente URNurn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-209036
InhaltsverzeichnisInhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Motivation
1.2 Ziel der Arbeit
2 Einordnung
3 Wissensstand
3.1 Lastprofile
3.1.1 VDEW-Standard-Lastprofile
3.1.2 Referenzlastprofile von Ein- und Mehrfamilienhäusern für den Einsatz von KWK-Anlagen (VDI 4655)
3.1.3 BDEW-Standardlastprofile Gas
3.1.4 IEA Annex 42 Lastkurven
3.2 Lastprofilgeneratoren
3.2.1 Methoden
3.2.2 Auswahl der Beispiele
3.2.3 Lastprofilgenerator nach Stokes
3.2.4 Lastprofilgenerator nach IEA Annex 42
3.2.5 Lastprofilgenerator nach Jordan
3.2.6 Lastprofilgenerator nach NREL
3.2.7 Lastprofilgenerator nach Walker und Pokoski
3.2.8 Lastprofilgenerator nach Capasso
3.2.9 Lastprofilgenerator nach Widen et al.
3.2.10 Lastprofilgenerator nach Richardson
3.2.11 Lastprofilgenerator nach Metz
3.2.12 Lastprofilgenerator nach Fischer
3.2.13 Zusammenfassung der Lastprofilgeneratoren
3.3 Verhaltenssimulation
3.3.1 Rational Choice Model
3.3.2 Verhaltensmodell nach D. Dörner
3.4 Hausinfrastrukturmodelle
3.4.1 Heizung und Kühlung
3.4.2 Modellierung in TRNSYS
4 Das Modell des bLPG
4.1 Bedürfnismodell
4.2 Modellierung eines einzelnen Haushalts
4.2.1 Desires
4.2.2 Person
4.2.3 Load Types
4.2.4 Devices
4.2.5 Time Profile
4.2.6 Time Limits
4.2.7 Affordances
4.2.8 Berechnungsbeispiel Aktivitätenauswahl
4.2.9 Zusammenfassung der Modellierung eines Haushalts
4.3 Verbesserung der Modellqualität
4.3.1 Locations
4.3.2 Holidays
4.3.3 Geographic Locations
4.3.4 Subaffordances
4.3.5 Temperature Profiles und Date Based Profiles
4.3.6 Vacations
4.3.7 Autonome Geräte
4.4 Houses und Settlements
4.4.1 House Types
4.5 Abstraktion der Geräte
4.6 Abstraktion Haushaltsdefinition
4.7 Elemente für Auswertungen
4.8 Zusammenfassung des Modells des bLPG
5 Implementierung
5.1 Allgemeines
5.2 Historie
5.3 Features
5.4 Struktur
5.5 User Interface
5.6 Database
5.7 CalcController
5.8 Calculation
5.8.1 Aktivitätswahl
5.8.2 Protokollierung
5.8.3 House Infrastructure
5.9 ChartCreator
5.10 SimulationEngine.Exe
5.11 Verwendete Bibliotheken
5.12 Zusammenfassung der Implementierung
6 Modellierung der vordefinierten Haushalte
6.1 Datenbasis und Modellierung
6.2 Vordefininierte Elemente
6.3 Namensschema
6.4 Erfahrungen bei der Erstellung der vordefinierten Haushalte
6.5 Zusammenfassung
7 Validierung
7.1 Einzelner Haushalt
7.1.1 Aktivitäten - Rasterdiagramme
7.1.2 Aktivitäten - Zeit pro Affordanz
7.1.3 Summe des Stromverbrauchs
7.1.4 Verlauf des Lastprofils
7.1.5 Wasserverbrauch
7.1.6 Integration von Photovoltaik
7.1.7 Lichtbedarf
7.1.8 Zusammenfassung CHR03
7.2 Vordefinierte Haushalte
7.2.1 Stromverbrauch
7.2.2 Verhaltensgesteuerter Anteil am Stromverbrauch
7.2.3 Zeitverbrauch der Aktivitäten
7.2.4 Eigenverbrauchsquote mit einer Photovoltaik-Anlage
7.2.5 Jahresdauerlinien
7.3 Validierung einer Siedlung
7.3.1 Gleichzeitigkeitsfaktor des Stromverbrauchs
7.3.2 Vergleich einer Siedlung mit dem H0-Profil
7.4 Fazit
8 Anwendungsmöglichkeiten und Ergebnisse
8.1 Integration von Photovoltaik und Batterien
8.2 Parameterstudie
8.2.1 Vergleichskriterien
8.2.2 Einfluss von Brückentagen
8.2.3 Einfluss von Urlaubsreisen
8.2.4 Einfluss des Rentneranteils
8.2.5 Einfluss von Schichtarbeitern
8.2.6 Einfluss von Arbeitslosigkeit
8.2.7 Einfluss der Energieintensitätseinstellung
8.2.8 Einflussgröße Beleuchtung
8.3 Zusammenfassung der Parameterstudie
9 Ausblick
9.1 Verbesserungspotenziale der Implementierung
9.2 Verbesserungspotenziale der Datenbasis
9.3 Zusammenfassung des Ausblicks
10 Zusammenfassung
Anhänge
Anhang A Website
Anhang B LoadProfileGenerator Manual
Literaturverzeichnis

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