Jahressimulation & Wärmegewinne des Netzes
Kalte Nahwärme Teil 4: Jahressimulation durchführen und die thermischen Gewinne des Netzes analysieren
Überblick
In diesem Teil 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
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
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
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.
Wichtig für die Praxis:
Das Erdreich hat eine enorme thermische Trägheit – ein einzelnes Simulationsjahr startet noch aus unrealistischen Anfangsbedingungen und liefert damit zu optimistische Quellentemperaturen. Werten Sie deshalb immer das zweite (oder bei hohem Entzug ein späteres) Jahr aus. Für die endgültige Auslegung ist zudem der langjährige Trend entscheidend: Sinkt die Erdreichtemperatur über die Jahre ab, ist die Quelle dauerhaft überlastet.
Ergebnisse auswerten
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
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
Die Wärmegewinne des Netzes werden als “Wärmeverlust” angezeigt. Negative Werte stellen dabei Wärmegewinne dar (Wärme fließt aus dem Erdreich in das Netz).
Weitere Ergebnisse
- Heizleistung der Wärmepumpen und Temperaturdifferenz
- COP der Wärmepumpen: Im Winter oft höher (Heizbetrieb), im Sommer niedriger (nur Warmwasserbetrieb)
- Betriebspunkte der Pumpen
Zusammenfassung
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
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