Gleichzeitigkeit und Teillast

Überblick

Nicht alle Abnehmer eines Wärmenetzes erreichen ihre Spitzenlast zur gleichen Zeit. VICUS Districts bildet das über zwei getrennte Größen ab: die Gleichzeitigkeit (Diversität) mindert die entlang gemeinsamer Trassen aufsummierten Abnehmerleistungen, und der Teillastanteil reduziert die tatsächlich abgerufene Leistung eines einzelnen Abnehmers. Die Gleichzeitigkeit wird nur berücksichtigt, wenn sie für das Netz aktiviert ist; sie wirkt dann auf Rohrdimensionierung, stationäre Berechnung und dynamische Simulation. Der Teillastanteil wird davon unabhängig angewendet – auch bei deaktivierter Gleichzeitigkeit – und wirkt ausschließlich auf stationäre Berechnung und dynamische Simulation, nicht auf die Rohrdimensionierung.

Diese Seite erklärt das Rechenmodell. Die Bedienung ist auf zwei Folgeseiten beschrieben:

• der Netzeigenschaften-Reiter Gleichzeitigkeit und Teillast
• der Dialog Gleichzeitigkeitsberechnung

Was bedeutet der Gleichzeitigkeitsfaktor?

Der Gleichzeitigkeitsfaktor einer Trasse ist das Verhältnis der tatsächlich gleichzeitig auftretenden Spitzenlast zur Summe der einzelnen Spitzenlasten aller über diese Trasse versorgten Abnehmer:

$$g_\text{Trasse} = \frac{\text{gleichzeitige Spitzenlast der Trasse}}{\sum_i \dot{Q}_{\text{Spitze},i}}$$

Ein Wert von 1,0 bedeutet volle Gleichzeitigkeit – alle Abnehmer peaken zusammen, es gibt keinen Entlastungseffekt. Werte kleiner 1,0 zeigen an, dass sich die Spitzen zeitlich versetzt einstellen und die Trasse nur einen Bruchteil der summierten Einzelspitzen führen muss. Der physikalische Boden der Standardkurve liegt bei etwa 0,45 (siehe unten).

Ziel-Gleichzeitigkeitskurve

Die Berechnung strebt je Trasse einen Ziel-Gleichzeitigkeitsfaktor an, der von der Anzahl $n$ der nachgelagerten Abnehmer abhängt. Die Standardkurve folgt Winter et al. (Euroheat & Power, 2001):

$g(n) = \min\left(1,\; a + \frac{b}{1 + \left(n/c\right)^{d}}\right)$

mit $a = 0{,}4497$, $b = 0{,}5512$, $c = 53{,}84$ und $d = 1{,}7627$. Die Kurve ist als Wertetabelle bis zu einer Abnehmerzahl von etwa 300 hinterlegt (Stützstellen $n = 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, \dots, 295$, dazwischen linear interpoliert). Sie fällt mit steigender Abnehmerzahl monoton vom Wert 1,0 (Einzelabnehmer) gegen den Boden $a \approx 0{,}45$ ab.

Die Ziel-Kurve gilt netzweit. Für einzelne Rohre kann sie durch eine benutzerdefinierte Gleichzeitigkeit überschrieben werden, und ihre Stützpunkte lassen sich im Dialog Gleichzeitigkeitsberechnung bearbeiten.

Zeitverschiebung der Bedarfsprofile

Der erreichte Gleichzeitigkeitsfaktor ergibt sich nicht aus einer bloßen Multiplikation, sondern aus einer Optimierung: Jedes Abnehmerprofil wird innerhalb einer maximal zulässigen Zeitverschiebung vor- oder zurückgeschoben, sodass sich die Spitzenlasten in gemeinsam genutzten Trassen entzerren. Der Optimierer sucht die Verschiebungen, mit denen die berechnete Gleichzeitigkeit je Trasse möglichst nah an die Ziel-Kurve herankommt, und verifiziert das Ergebnis anschließend durch eine exakte Auswertung über das gesamte Jahr.

Als Ergebnis liefert die Berechnung:

• je Abnehmer eine optimierte Zeitverschiebung in Stunden (positiv = Verzögerung, negativ = Vorverschiebung des Profils),
• je Trasse den erreichten Gleichzeitigkeitsfaktor.

Nur Trassen mit mindestens drei nachgelagerten Abnehmern gehen in die Optimierung ein; Trassen mit weniger Abnehmern behalten ihren rechnerischen Wert. Abnehmer, die keine solche Trasse beeinflussen, erhalten die Zeitverschiebung 0.

Teillastanteil

Der Teillastanteil ist eine davon unabhängige Größe je Abnehmer im Bereich 0,0 – 1,0. Er legt den Anteil der Heizleistung fest, den der Abnehmer tatsächlich abruft: 1,0 entspricht der vollen Auslegungslast, kleinere Werte senken die angewendete Leistung entsprechend. Er eignet sich z. B. für Bestandsgebäude, deren real abgerufene Leistung dauerhaft unter der installierten Anschlussleistung liegt.

Der Teillastanteil skaliert die Last des Abnehmers in der stationären Berechnung und in der dynamischen Simulation. Er wird bewusst nicht in die Rohrdimensionierung eingerechnet – Rohre werden auf die volle Auslegungslast (abgemindert nur um die Gleichzeitigkeit) ausgelegt.

Effektive Gleichzeitigkeit

Für die reine Anzeige lässt sich die erreichte Gleichzeitigkeit einer Trasse mit dem leistungsgewichteten mittleren Teillastanteil ihrer Abnehmer multiplizieren. Angezeigt wird dann die effektive Gleichzeitigkeit, die Zeitverschiebung und reduzierte Abnehmerlast zusammenfasst:

$$g_\text{eff} = g_\text{erreicht} \cdot \overline{\text{Teillastanteil}}$$

Dies ist ausschließlich eine Darstellungsgröße im Reiter Gleichzeitigkeit und Teillast; sie wird nicht gespeichert und geht nicht in die Dimensionierung ein.

Wirkung auf die Berechnungen

Der Gleichzeitigkeitsfaktor und die Zeitverschiebungen wirken nur, wenn Gleichzeitigkeit berücksichtigen aktiviert ist; andernfalls gilt der Gleichzeitigkeitsfaktor 1,0 und es werden keine Zeitverschiebungen angewendet. Der Teillastanteil wird davon unabhängig angewendet (auch bei deaktivierter Gleichzeitigkeit).

Größe	Rohrdimensionierung	Stationäre Berechnung	Dynamische Simulation
Gleichzeitigkeitsfaktor je Trasse	× Nennleistung	– (durch Zeitverschiebung realisiert)	– (durch Zeitverschiebung realisiert)
Zeitverschiebung je Abnehmer	–	auf das Bedarfsprofil angewendet	auf das Bedarfsprofil angewendet
Teillastanteil je Abnehmer	nicht angewendet	× angewandte Leistung	× angewandtes Bedarfsprofil

• Rohrdimensionierung: Die Nennleistung jeder Trasse wird mit ihrem erreichten Gleichzeitigkeitsfaktor multipliziert, siehe Berechnungsverfahren. Ist die Gleichzeitigkeit aktiviert und liegen keine aktuellen Ergebnisse vor, führt die Dimensionierung die Berechnung automatisch vorab aus.
• Stationäre Berechnung und dynamische Simulation: Statt eines pauschalen Faktors werden die optimierten Zeitverschiebungen auf die Bedarfsprofile angewendet – die Gleichzeitigkeit entsteht dadurch direkt aus den versetzten Lasten. Zusätzlich skaliert der Teillastanteil die jeweilige Last.
• Zeitreihen-Export: Beim Export der Gebäudebedarfe können die verschobenen Profile ausgegeben werden (Option Knoten-Zeitverschiebung berücksichtigen), siehe Gebäudebedarfe bearbeiten.

Ergebnisse können veralten

Die berechneten Zeitverschiebungen und Gleichzeitigkeitsfaktoren gehören zu genau dem Netzzustand, für den sie berechnet wurden. Ändern sich die Netztopologie, ein Gebäudebedarf, eine benutzerdefinierte Gleichzeitigkeit, die Ziel-Kurve oder die Berechnungseinstellungen, gelten die gespeicherten Ergebnisse als veraltet und müssen vor dem Anwenden neu berechnet werden. Der Reiter weist mit einer Warnmeldung darauf hin.

Verwandte Themen

• Reiter Gleichzeitigkeit und Teillast
• Gleichzeitigkeitsberechnung (Dialog)
• Berechnungsverfahren der Rohrdimensionierung
• Gebäudebedarfe bearbeiten