Übergabestation

Überblick

Die Übergabestation (District sub station) ist das detaillierte Abnehmermodell: ein Gegenstrom-Wärmeübertrager mit begrenzter Übertragungsleistung und realistischer Abbildung der Sekundärseite (Gebäudeheizung). Anders als der einfache Wärmetauscher kann sie den geforderten Wärmestrom nur liefern, wenn die Temperaturverhältnisse es zulassen – sie ist damit das richtige Modell für Unterversorgungsszenarien, abgesenkte Netztemperaturen und Netze mit gebäudespezifisch unterschiedlichen Spreizungen.

Funktionsweise

Übertragungsvermögen (UA-Wert)

Das Übertragungsvermögen der Station wird aus den Auslegungswerten bestimmt:

$UA = \frac{\dot Q_{nenn}}{\Delta T_{log,nenn}}$

Die logarithmische Temperaturdifferenz im Auslegungspunkt $\Delta T_{log,nenn}$ ist der zentrale Qualitätsparameter der Station: Ein kleinerer Wert bedeutet einen größeren, effizienteren Wärmeübertrager – die Station kommt mit geringerem Temperaturabstand zwischen Netz und Gebäude aus und erreicht niedrigere Netz-Rücklauftemperaturen. Typische Werte moderner Stationen liegen bei 5–10 K.

Sind die Auslegungstemperaturen beider Seiten bekannt, lässt sich $\Delta T_{log,nenn}$ für den Gegenstrom-Wärmeübertrager direkt berechnen. Am warmen Ende steht der Netzvorlauf dem Gebäudevorlauf gegenüber, am kalten Ende der Netzrücklauf dem Gebäuderücklauf:

$\Delta T_{log,nenn} = \frac{\Delta T_A - \Delta T_B}{\ln\!\left(\Delta T_A / \Delta T_B\right)} \qquad \text{mit} \qquad \Delta T_A = T_{Netz,VL} - T_{Geb,VL}\,, \quad \Delta T_B = T_{Netz,RL} - T_{Geb,RL}$

Beispiel: Netz 80/55 °C, Gebäudeheizung 70/50 °C ergibt $\Delta T_A = 10\,\text{K}$ und $\Delta T_B = 5\,\text{K}$, also $\Delta T_{log,nenn} = (10-5)/\ln(10/5) \approx 7{,}2\,\text{K}$. Sind beide Temperaturdifferenzen gleich groß, ist $\Delta T_{log,nenn} = \Delta T_A = \Delta T_B$.

Sekundärseite aus der Heizkurve

Die Sekundärseite (Gebäudeheizung) wird aus der Heizkurve des Gebäudes bestimmt:

• Sekundärer Vorlauf-Sollwert $T_{VL,sek}$ = Vorlauftemperatur der Heizkurve bei der aktuellen Außentemperatur
• Sekundäre Spreizung $\Delta T_{sek}$ = Temperaturdifferenz der Heizkurve (bei konstantem Gebäudebedarf: dessen konstante Spreizung)
• Sekundärer Rücklauf: $T_{RL,sek} = T_{VL,sek} - \Delta T_{sek}$
• Sekundärer Massenstrom: $\dot m_{sek} = \dot Q_{Geb} / (c_p \cdot \Delta T_{sek})$

Mit diesen Randbedingungen löst das Modell den Gegenstrom-Wärmeübertrager analytisch und liefert den tatsächlich übertragenen Wärmestrom sowie die Austrittstemperaturen beider Seiten. Der primärseitige Massenstrom wird von der Regelung des Abnehmers so eingestellt, dass der übertragene Wärmestrom dem Gebäudebedarf entspricht – soweit das Übertragungsvermögen und die Netzvorlauftemperatur es erlauben.

Mindestmodulation

Unterschreitet der geforderte Wärmestrom die Mindestleistung $\dot Q_{min} = \dot Q_{nenn} \cdot f_{mod,min}$, überträgt die Station keine Wärme. Damit lässt sich das Taktverhalten realer Stationen mit Modulationsgrenze abbilden. Die dabei ausgefallene Wärmelieferung wird über den Speicherterm nachgeholt (siehe unten).

Speicherverhalten

Das Modell führt einen internen Speicherterm $E_{sp}$, der die Differenz zwischen gelieferter und geforderter Wärme über die Zeit aufsummiert:

$E_{sp}(t) = \int \left( \dot Q_{geliefert} - \dot Q_{gefordert} \right) \, dt$

Ein negativer Wert ist ein Lieferrückstand, ein positiver ein Lieferüberschuss. Der Speicherstand korrigiert den Soll-Wärmestrom, mit dem die Station betrieben wird:

$\dot Q_{soll} = \max\!\left(0,\; \dot Q_{Geb} - k \cdot E_{sp}\right) \qquad \text{mit} \quad k = 0{,}001\,\tfrac{1}{\text{s}}$

Ein Rückstand erhöht also den Sollwert, ein Überschuss senkt ihn – die aufgelaufene Energiedifferenz wird mit einer Zeitkonstante von rund 1000 s (≈ 17 Minuten) wieder abgebaut.

Physikalisch bildet der Speicherterm die thermische Trägheit des Gebäudes ab: Kurze Unterbrechungen – Taktpausen durch die Mindestmodulation oder kurzzeitig zu geringe Vorlauftemperaturen – gehen nicht als Energie verloren, sondern werden anschließend nachgeliefert, sobald die Bedingungen es zulassen. Über längere Zeiträume stimmt die gelieferte Energiesumme dadurch mit dem Bedarfsprofil überein; eine taktende Station mit Mindestmodulation liefert im Mittel die geforderte Leistung. Der aktuelle Speicherstand ist als Ausgabegröße StoredHeatingEnergy verfügbar. Kann der Rückstand wegen unzureichender Netzvorlauftemperatur nicht mehr abgebaut werden, zeigt sich das in den Wärmedefizit-Ausgaben.

Parameter

Parameter	Einheit	Standard	Bedeutung
Nennheizleistung	kW	10	Auslegungsleistung der Station; bei der dimensionierten Variante automatisch = Anschlussleistung des Gebäudes
Logarithmische Temperaturdifferenz	K	10	Auslegungswert $\Delta T_{log,nenn}$ für die UA-Wert-Bestimmung
Minimale Modulation	–	0	Mindestleistung als Anteil der Nennleistung; darunter keine Wärmeübertragung
Nennvolumenstrom	m³/h	2	Bezugsvolumenstrom für den Druckverlust; dimensionierte Variante: automatisch aus der Anschlussleistung
Nenndruckverlust	bar	0,5	Druckverlust beim Nennvolumenstrom (quadratische Skalierung)
Fluidvolumen	L	3	Fluidvolumen der Station

Verhalten bei Unterversorgung

Sinkt die Netzvorlauftemperatur, sinkt das treibende Temperaturgefälle im Wärmeübertrager – die Station kann den Gebäudebedarf dann auch bei erhöhtem primärseitigem Massenstrom nicht mehr vollständig decken. Der übertragene Wärmestrom geht physikalisch begründet zurück, statt wie beim einfachen Wärmetauscher unverändert entnommen zu werden.

Anhaltende Defizite werden als Ausgabegrößen ausgewiesen:

Größe	Bedeutung
RequiredBuildingHeatFlux	Vom Gebäude geforderter Wärmestrom
HeatDeficitAbsolute	Nicht lieferbarer Wärmestrom [kW], als Zeitmittel, sobald die Lieferung länger als 30 Minuten unter 95 % der Anforderung liegt
HeatDeficitRelative	Defizit bezogen auf die Nennheizleistung
OutletTemperatureSecondary / -Setpoint	Erreichte vs. geforderte sekundäre Vorlauftemperatur
InletTemperatureSecondary	Sekundäre Rücklauftemperatur
StoredHeatingEnergy	Stand des internen Speicherterms [kWh]: aufgelaufene Differenz zwischen gelieferter und geforderter Wärme

Worauf Sie achten müssen: Heizkurve und Netzvorlauftemperatur

Das Modell steht und fällt mit einer korrekt eingestellten Heizkurve je Gebäude – sie definiert den sekundären Sollwert, gegen den der Wärmeübertrager arbeitet:

• Die Netzvorlauftemperatur muss über dem sekundären Vorlauf-Sollwert liegen – und zwar um mindestens die Größenordnung der logarithmischen Auslegungs-Temperaturdifferenz. Fordert die Heizkurve z. B. 70 °C bei −12 °C Außentemperatur, das Netz liefert aber nur 72 °C, kann eine mit $\Delta T_{log,nenn} = 10\,\text{K}$ ausgelegte Station den Bedarf nicht decken: Es entsteht ein dauerhaftes Defizit, das nicht am Netz, sondern an der Parametrierung liegt.
• Prüfen Sie nach der Simulation die Größen HeatDeficitAbsolute und OutletTemperatureSecondary gegen den Sollwert: systematische Abweichungen schon bei milden Außentemperaturen deuten auf eine unpassende Heizkurve hin, Abweichungen nur an den kältesten Tagen auf ein tatsächliches Kapazitäts- oder Temperaturproblem des Netzes.
• Eine zu optimistisch (klein) gewählte logarithmische Temperaturdifferenz täuscht einen zu leistungsfähigen Übertrager vor – verwenden Sie Datenblattwerte der geplanten Stationen, wo verfügbar.

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