Skip to main content
Erschienen in: SICS Software-Intensive Cyber-Physical Systems 1-2/2017

18.07.2016 | Special Issue Paper

Demand response optimized heat pump control for service sector buildings

A Modular Framework for Simulation and Building Operation

verfasst von: Edith Birrer, Cyril Picard, Patrick Huber, Daniel Bolliger, Alexander Klapproth

Erschienen in: SICS Software-Intensive Cyber-Physical Systems | Ausgabe 1-2/2017

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

With an increasing amount of volatile renewable electrical energy, the balancing of demand and supply becomes more and more demanding. Demand response is one of the emerging tools in this new landscape. Targeting service sector buildings, we investigated a tariff driven demand response model as a means to shave electrical peak loads and thus reducing grid balancing energy. In this paper is presented a software framework for load shifting which uses a tariff signal for the electric energy as minimization target. The framework can be used both on top of an existing building management system to shift heat generation towards low-tariff times, as well as to simulate load shifting for different buildings, heat pumps and storage configurations. Its modular architecture allows us to easily replace optimizers, weather data providers or building management system adapters. Our results show that even with the current TOU tariff system, up to 34 % of cost savings and up to 20 % reduction in energy consumption can be achieved. With Sub-MPC, a modified MPC optimizer, we could reduce computing times by a factor 50, while only slightly affecting the quality of the optimization.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Computer Science - Research and Development

Computer Science – Research and Development (CSRD), formerly Informatik – Forschung und Entwicklung (IFE), is a quarterly international journal that publishes high-quality research and survey papers from the Software Engineering & Systems area.

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Weitere Produktempfehlungen anzeigen
Literatur
2.
Zurück zum Zitat Domigall Y, Albani A, Winter R (2013) Effects of demand charging and photovoltaics on the grid. In: Industrial electronics society, IECON 2013-39th annual conference of the IEEE, pp 4739–4744 Domigall Y, Albani A, Winter R (2013) Effects of demand charging and photovoltaics on the grid. In: Industrial electronics society, IECON 2013-39th annual conference of the IEEE, pp 4739–4744
4.
Zurück zum Zitat Lendi D (2011), Microgrids und deren Möglichkeiten, In: Presented at Smart Grid Circle, Reussbühl Lendi D (2011), Microgrids und deren Möglichkeiten, In: Presented at Smart Grid Circle, Reussbühl
5.
Zurück zum Zitat Müller EA, Graf E, Kobel B, Humi A, Wenger R, Frei U, Christen C, Moser R, Fritzsche C, Mathys O (2013) Potential der Schweizer Infrastrukturanlagen zur Lastverschiebung, Bern Bundesamt Für Energ. BFE Müller EA, Graf E, Kobel B, Humi A, Wenger R, Frei U, Christen C, Moser R, Fritzsche C, Mathys O (2013) Potential der Schweizer Infrastrukturanlagen zur Lastverschiebung, Bern Bundesamt Für Energ. BFE
7.
Zurück zum Zitat Palensky P, Dietrich D (2011) Demand side management: demand response, intelligent energy systems, and smart loads. Ind Inform IEEE Trans 7(3):381–388CrossRef Palensky P, Dietrich D (2011) Demand side management: demand response, intelligent energy systems, and smart loads. Ind Inform IEEE Trans 7(3):381–388CrossRef
9.
Zurück zum Zitat Coquoz J, Hoffmann VH, Girod B (2012) Potential contribution of households’ demand response for integration of distributed solar photovoltaic in Switzerland. Zür. ETH Zür Coquoz J, Hoffmann VH, Girod B (2012) Potential contribution of households’ demand response for integration of distributed solar photovoltaic in Switzerland. Zür. ETH Zür
10.
Zurück zum Zitat econcept AG (2009) Smart Metering für die Schweiz: Potenziale, Erfolgsfaktoren und Massnahmen für die Steigerung der Energieeffizienz. Bundesamt Für Energ. BFE econcept AG (2009) Smart Metering für die Schweiz: Potenziale, Erfolgsfaktoren und Massnahmen für die Steigerung der Energieeffizienz. Bundesamt Für Energ. BFE
11.
Zurück zum Zitat SUPSI, BFH, Bacher Energie AG (2014) Swiss2G—Pilot-and demonstration project; an innovative concept for the decentralized management of distributed energy generation, storage and consumption and consumer acceptance. Bundesamt für Energie BFE, Bern SUPSI, BFH, Bacher Energie AG (2014) Swiss2G—Pilot-and demonstration project; an innovative concept for the decentralized management of distributed energy generation, storage and consumption and consumer acceptance. Bundesamt für Energie BFE, Bern
12.
Zurück zum Zitat von Roon S, Gobmaier T (2010) Demand response in der industrie-Status und Potenziale in Deutschland. Münch, Forschungsstelle Für Energiewirtschaft EV FfE von Roon S, Gobmaier T (2010) Demand response in der industrie-Status und Potenziale in Deutschland. Münch, Forschungsstelle Für Energiewirtschaft EV FfE
13.
Zurück zum Zitat Birrer E, Bolliger D, Kyburz R, Klapproth A, Summermatter S (2015) Load Shift potential analysis using various demand response tariff models on swiss service sector buildings. In: Presented at the 8th international conference on energy efficiency in domestic appliances and lighting—EEDAL’15, Lucerne Birrer E, Bolliger D, Kyburz R, Klapproth A, Summermatter S (2015) Load Shift potential analysis using various demand response tariff models on swiss service sector buildings. In: Presented at the 8th international conference on energy efficiency in domestic appliances and lighting—EEDAL’15, Lucerne
14.
Zurück zum Zitat Široký J, Oldewurtel F, Cigler J, Prívara S (2011) Experimental analysis of model predictive control for an energy efficient building heating system. Appl Energy 88(9):3079–3087CrossRef Široký J, Oldewurtel F, Cigler J, Prívara S (2011) Experimental analysis of model predictive control for an energy efficient building heating system. Appl Energy 88(9):3079–3087CrossRef
15.
Zurück zum Zitat Mayer B, Killian M, Kozek M (2015) Management of hybrid energy supply systems in buildings using mixed-integer model predictive control. Energy Convers Manag 98:470–483CrossRef Mayer B, Killian M, Kozek M (2015) Management of hybrid energy supply systems in buildings using mixed-integer model predictive control. Energy Convers Manag 98:470–483CrossRef
16.
Zurück zum Zitat Castilla M, Álvarez JD, Berenguel M, Rodríguez F, Guzmán JL, Pérez M (2011) A comparison of thermal comfort predictive control strategies. Energy Build 43(10):2737–2746CrossRef Castilla M, Álvarez JD, Berenguel M, Rodríguez F, Guzmán JL, Pérez M (2011) A comparison of thermal comfort predictive control strategies. Energy Build 43(10):2737–2746CrossRef
17.
Zurück zum Zitat Schwarzer K (2004) Lacasa: Einsatz von MATLAB-Simulink zur energetischen Analyse und Optimierung von Alt-und Neubauten inklusive Heizungs-, Lüftungs-und Klimatechnik/Hrsg.: FIA-Projekt, Forschungs-Informations-Austausch im Fachinstitut Gebäude-Klima eV Projekt: Solar-Institut Jülich an der Fachhochschule Aachen Schwarzer K (2004) Lacasa: Einsatz von MATLAB-Simulink zur energetischen Analyse und Optimierung von Alt-und Neubauten inklusive Heizungs-, Lüftungs-und Klimatechnik/Hrsg.: FIA-Projekt, Forschungs-Informations-Austausch im Fachinstitut Gebäude-Klima eV Projekt: Solar-Institut Jülich an der Fachhochschule Aachen
18.
Zurück zum Zitat MATLAB and Simulink, R2015a ed. The MathWorks, Inc., Natick, R2015a MATLAB and Simulink, R2015a ed. The MathWorks, Inc., Natick, R2015a
19.
Zurück zum Zitat Oldewurtel F, Parisio A, Jones CN, Morari M, Gyalistras D, Gwerder M, Stauch V, Lehmann B, Wirth K (2010) Energy efficient building climate control using stochastic model predictive control and weather predictions. In: American Control Conference (ACC), 2010, pp 5100–5105 Oldewurtel F, Parisio A, Jones CN, Morari M, Gyalistras D, Gwerder M, Stauch V, Lehmann B, Wirth K (2010) Energy efficient building climate control using stochastic model predictive control and weather predictions. In: American Control Conference (ACC), 2010, pp 5100–5105
20.
Zurück zum Zitat Löfberg J (2004) YALMIP: a toolbox for modeling and optimization in MATLAB, pp 284–289 Löfberg J (2004) YALMIP: a toolbox for modeling and optimization in MATLAB, pp 284–289
21.
Zurück zum Zitat Dott R, Haller MY, Ruschenburg J, Ochs F, Bony J (2013) The reference framework for system simulations of the IEA SHC Task 44/HPP Annex 38 Part B: buildings and space heat load. In: A Technical Report of Subtask C, Report C1 Part B Dott R, Haller MY, Ruschenburg J, Ochs F, Bony J (2013) The reference framework for system simulations of the IEA SHC Task 44/HPP Annex 38 Part B: buildings and space heat load. In: A Technical Report of Subtask C, Report C1 Part B
22.
Zurück zum Zitat Feist W (2005) First steps: what can be a passive house in your region with your climate. Passive House Inst, Www Passiv Darmstadt Feist W (2005) First steps: what can be a passive house in your region with your climate. Passive House Inst, Www Passiv Darmstadt
23.
Zurück zum Zitat I. MINERGIE (2008) The MINERGIE-standard for buildings. Ver. Minergie Bern Switz I. MINERGIE (2008) The MINERGIE-standard for buildings. Ver. Minergie Bern Switz
Metadaten
Titel
Demand response optimized heat pump control for service sector buildings
A Modular Framework for Simulation and Building Operation
verfasst von
Edith Birrer
Cyril Picard
Patrick Huber
Daniel Bolliger
Alexander Klapproth
Publikationsdatum
18.07.2016
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
SICS Software-Intensive Cyber-Physical Systems / Ausgabe 1-2/2017
Print ISSN: 2524-8510
Elektronische ISSN: 2524-8529
DOI
https://doi.org/10.1007/s00450-016-0320-9

Weitere Artikel der Ausgabe 1-2/2017

SICS Software-Intensive Cyber-Physical Systems 1-2/2017 Zur Ausgabe

Special Issue Paper

GridBox pilot project