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Aufbau eines Digitalen Zwilling am Beispiel einer Luft/Wasser Wärmepumpe

									

													
24. April 2025 
 
Prof. Joachim Seifert et al.* 
															

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Digitale Zwillinge sind die konsequente Weiterentwicklung numerischer Simulationsmethoden, wie sie in der Konstruktion und Entwicklung schon lange gebräuchlich sind. Der große Vorteil Digitaler Zwillinge ist, numerische und messtechnische Werte online vergleichen zu können, um Abweichungen zwischen der Realität und dem theoretischen Modell, das auf eine bestmögliche Effizienz im Gerätebetrieb ausgelegt ist, zu detektieren. Angesichts immer kürzerer Entwicklungszeiten können hieraus Erkenntnisse und Handlungsmaßnahmen für die Entwicklung beziehungsweise den Betrieb von Anlagen und Geräten abgeleitet werden. Im nachfolgenden Beispiel wird über die Architektur eines Digitalen Zwillings berichtet, die für die Entwicklung von Luft/Wasser-Wärmepumpen eingesetzt wird – basierend auf dem Forschungsreport „Digitaler Zwilling (DZWi)“, der hier erhältlich ist. Die dafür verwendete Technologie als solche ist jedoch nicht auf Wärmepumpen begrenzt, sondern kann für alle anderen energietechnischen Systeme bis hin zu großskaligen Systemen im Kontext der energetischen Quartiers- und Regionalentwicklung eingesetzt werden. Erste Ansätze hierzu sind im Projekt „Zellulare Energiesysteme 2.0“ zu finden, das die TU Dresden am 1. Oktober 2022 gestartet hat.
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Abbildung 1: Unter einem Digitalen Zwilling wird ein System aus Cloud-Infrastruktur, numerischen Modellen und Schnittstellen zu realen Geräten verstanden, welches automatisch einen bidirektionalen Datenfluss zwischen physischem (realem System) und virtuellem Objekt (virtuellem System) ermöglicht. Ziel ist aus der Cloud eine automatische Anpassung/Optimierung der realen Systeme vornehmen zu können. (Abb. © TU Dresden)
Einsatzgebiete für den Digitalen Zwilling
Mögliche Einsatzgebiete für den Digitalen Zwilling sind unter anderem die Produktentwicklung (zum Beispiel im Labor), die Produktion (End of Line Production) und die Überwachung ganzer Anlagen im Betrieb (Feld). Abbildung 2 beschreibt die unterschiedlichen Anwendungsfälle.
Abbildung 2: Digitale Zwillinge in unterschiedlichen Einsatzgebieten im Produktlebenszyklus  (Abb. © TU Dresden)
Abbildung 3: In der Entwicklungsphase sollten Detailierungsgrad und zeitliche Auflösung eines Digitalen Zwillings hoch sein, in der Feldversuchs- und Nutzungsphase („black-box“) dagegen eher gering. (Abb. © TU Dresden)
Abbildung 3: In der Entwicklungsphase sollten Detailierungsgrad und zeitliche Auflösung eines Digitalen Zwillings hoch sein, in der Feldversuchs- und Nutzungsphase („black-box“) dagegen eher gering. (Abb. © TU Dresden)
Abbildung 4: Cloud-Infrastruktur des Digitalen Zwillings“ basierend auf den Entwicklungen des Großforschungsprojektes „National 5G Energy Hub“ (Abb. © TU Dresden)
Abbildung 5: Kreisprozess der im Forschungsprojekt „Digitaler Zwilling“ umgesetzten Luft-Wasser Wärmepumpe  (Abb. © TU Dresden)
Abb. 6: Ergebnisse der unterschiedlichen Verdichtermodelle mit „Rekalibrierung“ (grün) und ohne „Rekalibrierung“ (grau, rot, blau)  (Abb. © TU Dresden)
*Autor: Prof. Joachim Seifert Bereichsleiter Gebäudeenergietechnik am Institut für Energietechnik der Technischen Universität Dresden und Fachgebietsleiter Digitale Vernetzung von Gebäuden, Energieversorgungsanlagen und Nutzenden am Institut Energietechnik der Technischen Universität Berlin  (Abb. © TU Dresden)
Weitere Autoren dieses Beitrags:
  • Thomas Hackensellner, Glen Dimplex Deutschland GmbH
    • 


  • Dr.-Ing. Lars Haupt, Technische Universität Dresden
    • 


  • Dr.-Ing. Martin Knorr, Technische Universität Dresden
    • 


  • Dr.-Ing. Alf Perschk, Technische Universität Dresden
    • 


  • Dr.-Ing. Lars Schinke, Technische Universität Dresden
    • 


  • Dr.-Ing. Paul Seidel, Technische Universität Dresden
 cci295257

				

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