Simulation des Wärmehaushalts von Biosphere 2 unter Verwendung von Bondgraphen

Kurzbeschreibung

Bei Biosphere 2 handelt es sich um ein geschlossenes ökologisches System, welches als Forschungsobjekt in der Nähe von Tucson aufgebaut wurde. Es ging dabei zunächst um die Erforschung von Möglichkeiten, eine menschliche Belegschaft von Astronauten auf langen Weltraumflügen mit Luft und Lebensmitteln zu versorgen, die unter Verwendung von Sonnenenergie lokal erzeugt werden.

Bei unserem Projekt, welches teilweise von Biosphere 2 finanziert wurde, ging es um die Erstellung eines thermischen Modells von Biosphere 2 unter Berücksichtigung der Luftfeuchtigkeit.

Somit musste bei diesem Modell im Gegensatz zu den früheren Gebäudemodellen auch die latente Wärme berücksichtigt werden. Das Modell enthält darum auch Module zur Beschreibung der Vorgänge der Verdunstung und Kondensation.

Historische Entwicklung

Im Jahre 1995 entwickelte Àngela Nebot während eines postdoktoralen Forschungsaufenthalts an der University of Arizona eine erste Version des thermischen Modells von Biosphere 2. Àngela's Forschungsaufenthalt an der University of Arizona wurde von der Generalitat de Catalunya aus dem CIRIT Programm finanziert. Das Modell basierte auf einem früheren Modell, welches von Francisco Luttmann als Teil seiner Dissertation entwickelt worden war. Das frühere Modell war in TRNSYS mit extensiven Fortraneinschlüssen geschrieben worden. Der Code war monolithisch und sehr unübersichtlich. Im Gegensatz dazu war Àngela's Code objektorientiert in Modulbauweise aus Bondgraphenmodellen aufgebaut.
Im Jahre 1996 entwickelte Julia Miersch während eines Studienaustauschjahres an der University of Arizona eine Zusatzmodule zur Modellierung des Wasserhaushalts der Bepflanzung von Biosphere 2. Julia's Aufenthalt an der University of Arizona wurde teilweise vom deutschen akademischen Austauschdienst und teilweise von Biosphere 2 finanziert.
Im Jahre 2001 wurde Àngela's Modell von mir von der ursprünglichen (nicht-graphischen) Version auf Dymola/Modelica Version 4 mit einer graphischen Oberfläche portiert.
Im Jahre 2005 wurde eine verbesserte und voll dokumentierte Version des Modells als Standardbeispiel in die Bondgraphenbibliothek aufgenommen.

Wichtigste Publikationen

Miersch, J. (1996), Bond Graphs in Modeling Plant Water Dynamics, MS Thesis, Dept. of Electr. & Comp. Engr., University of Arizona, Tucson, AZ.
Nebot, A., F.E. Cellier, and F. Mugica (1999), Simulation of Heat and Humidity Budget of Biosphere 2 without Air Conditioning, Ecological Engineering, 13, pp. 333-356.

Sponsoren

Biosphere 2
Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
Generalitat de Catalunya

English Version
Homepage