Jahressimulation & Wärmegewinne des Netzes

Kalte Nahwärme Teil 4: Jahressimulation durchführen und die thermischen Gewinne des Netzes analysieren

Überblick ▶ 0:10

Kaltes Nahwärmenetz bereit zur Jahressimulation — Ausgangspunkt für die Jahressimulation zur Bestimmung der Wärmegewinne des Rohrnetzes

In diesem Tutorial wird gezeigt, wie eine Jahressimulation durchgeführt wird, um die Wärmegewinne des Rohrnetzes zu bestimmen. Dies ist ein wesentlicher Aspekt bei der Planung kalter Nahwärmenetze.

Wärmequelle prüfen ▶ 0:28

Sondenfeld-Modell mit hydraulischen und thermischen Parametern — Sondenfeld als Wärmequelle mit hydraulischen Verlusten und Wärmeaustausch-Konfiguration

Im Ausgangsbeispiel ist ein Sondenfeld als Wärmequelle platziert. Das Sondenfeld-Modell berücksichtigt:

Hydraulische Verluste: Druckverluste aller parallelen Sonden
Wärmeaustausch: Eine feste Zeitreihe für die Sondentemperatur

Sondentemperatur anpassen

Wenn Sie ein kaltes Nahwärmenetz mit einem Sondenfeld simulieren, können Sie die Sondentemperatur aus Ihrem Sondendimensionierungsprogramm importieren. Wechseln Sie dazu auf benutzerdefinierte Temperatur und wählen Sie eine entsprechende TSV-Datei aus.

Erdreich-Randbedingungen für das Rohrnetz ▶ 1:36

Erdreich-Randbedingungen mit Bodenart, Verlegetiefe und Feuchtegehalt — Konfiguration der Erdreich-Randbedingungen: Bodenart, Verlegetiefe, Rohrabstand und Feuchtegehalt

Unter Wärmeaustausch über die Rohre können die Erdreich-Randbedingungen konfiguriert werden:

Bodenart einstellen
Verlegetiefe und Rohrabstand festlegen
Feuchtegehalt des Erdreichs angeben
Eisbildung berücksichtigen — empfohlen für Simulationen mit Sondenfeld oder Kollektorfeld, um die vollen Wärmegewinne des Erdreichs mitzunehmen

Alternativ kann auch eine feste Temperatur vorgegeben werden, um eine vereinfachte Simulation durchzuführen. Für eine detaillierte Bewertung der Wärmegewinne wird das detaillierte Erdreichmodell empfohlen.

Simulation starten ▶ 3:15

Simulationseinstellungen mit 2 Jahren Simulationsdauer — Simulationseinstellungen: Mindestens 2 Jahre Dauer, damit sich das Erdreich im ersten Jahr einschwingen kann

Für die Jahressimulation werden folgende Einstellungen empfohlen:

Simulationsdauer: Mindestens 2 Jahre, damit sich das Erdreich im ersten Jahr einschwingen kann. Die Auswertung bezieht sich dann auf das zweite Jahr (letzte 8760 Stunden).
Fester Zeitschritt deaktivieren: Bei dezentralen Pumpen kann die Option “System nur in festen Zeitschritten berechnen” deaktiviert werden. Dies führt oft zu einer schnelleren und stabileren Simulation.

Ergebnisse auswerten ▶ 4:38

Ergebnisse der Jahressimulation mit Quellwärmestrom der Energiezentrale — Auswertung der Jahressimulation: Quellwärmestrom aus dem Erdreich in die Sonden

Energiezentrale (Sondenfeld)

Eine wichtige Ausgabegröße ist der Quellwärmestrom — der Wärmestrom aus dem Erdreich in die Sonden. Dieser kann als CSV-Datei exportiert und für eine separate Sondensimulation verwendet werden.

Iterativer Workflow ▶ 5:27

Iterativer Workflow zwischen Netz- und Sondensimulation — Iterativer Workflow: Quellwärmestrom exportieren, in Sondensimulation ansetzen und Temperatur reimportieren

Der empfohlene Workflow für die Netzsimulation mit Sondenfeld:

Netz simulieren mit einer angenommenen Sondentemperatur
Quellwärmestrom aus VICUS Districts exportieren
Wärmestrom in der Sondensimulation ansetzen
Resultierende Temperatur wieder in VICUS Districts importieren
Diesen Vorgang 2-3 mal iterieren, um belastbare Werte für die Wärmegewinne zu erhalten

Wärmegewinne des Netzes ▶ 6:18

Darstellung der Wärmegewinne des Netzes als negative Wärmeverluste — Wärmegewinne des Netzes: Negative Werte zeigen den Wärmefluss aus dem Erdreich in das Netz

Die Wärmegewinne des Netzes werden als “Wärmeverlust” angezeigt. Negative Werte stellen dabei Wärmegewinne dar (Wärme fließt aus dem Erdreich in das Netz).

Weitere Ergebnisse ▶ 6:37

Heizleistung, COP und Betriebspunkte der Wärmepumpen — Weitere Ergebnisse: Heizleistung, COP der Wärmepumpen und Betriebspunkte der Pumpen

Heizleistung der Wärmepumpen und Temperaturdifferenz
COP der Wärmepumpen: Im Winter oft höher (Heizbetrieb), im Sommer niedriger (nur Warmwasserbetrieb)
Betriebspunkte der Pumpen

Zusammenfassung ▶ 7:27

Zusammenfassung mit Jahresarbeitszahl, Wärmegewinnen und Energiebedarf — Zusammenfassung: Eingespeiste Wärme, Jahresarbeitszahl (ca. 4,2) und Wärmegewinne in MWh und Prozent

Die Zusammenfassung zeigt auf einen Blick:

Gesamte eingespeiste Wärme
Entzogene Wärme der Wärmepumpen
Elektrischer Energiebedarf der Wärmepumpen und Umwälzpumpen
Jahresarbeitszahl (z. B. ca. 4,2)
Wärmegewinne absolut (in MWh) und relativ (in Prozent)

Die Auswertung bezieht sich immer auf die letzten 8760 Stunden (ein Jahr).

External Post Processing ▶ 8:34

External Post Processing mit Diagrammen und Temperaturfeld im Erdreich — External Post Processing: Detaillierte Auswertung mit Diagrammen und Visualisierung des Temperaturfelds im Erdreich

Für weitergehende Analysen steht das External Post Processing zur Verfügung (muss bei der Installation von VICUS Districts mitinstalliert werden). Damit können:

Alle Simulationsgrößen einzeln ausgewertet werden
Diagramme erzeugt werden
Das Temperaturfeld im Erdreich um die Rohrleitungen visualisiert werden