Literaturrecherche. Numerische Simulationsmodelle und analytische Ansätze von Nah- und Fernwärmenetzen

Von:

Constantin Graubner-Müller

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Bachelorarbeit aus dem Jahr 2018 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Bauingenieurwesen, Note: 1,3, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (Lehrstuhl für Energieeffizientes Bauen E3D), Sprache: Deutsch, Abstract: Diese wissenschaftliche Arbeit beinhaltet einen Überblick über den Stand der Forschung und Technik im Bereich der Modellierung und Simulation von Fernwärme-, Fernkälte-, Nahwärme- sowie kalten Nahwärmenetzen. Die wesentlichen Eigenschaften der unterschiedlichen Netze werden vorgestellt und verglichen. Zudem wird gezeigt, welche Schrittfolgen von der Modellierung bis hin zur Simulation durchlaufen werden müssen und welche unterschiedlichen Arten von Modellen und Ansätzen zur Simulation existieren. Eine umfassende Übersicht über frühzeitige und aktuelle Modelle zur Simulation von verschiedenen Netzarten ist darauffolgend dargestellt. Eine detaillierte Auflistung von gängigen Simulationsprogrammen wird anschließend anhand von spezifischen Eigenschaften abgebildet. Im Anschluss werden einzelne Modelle jeweils für die unterschiedlichen Netzarten herausgegriffen und näher vorgestellt. Die Modelle sind mit verschiedenen Programmen, wie TRNSYS-TUD, TERMIS, Dymola und Matlab, umgesetzt. Für einen besseren Vergleich sind alle betrachteten Modelle in einer eigen erstellten Tabelle anhand wichtiger Kriterien aufgelistet. Von den insgesamt 24 untersuchten Modellen ist lediglich die Hälfte validiert. Die Abweichungen der Ergebnisse zu den gemessenen Werten variieren dabei stark und liegen teilweise bis zu 45 % auseinander. Sowohl die betrachteten Zeitschrittweiten, als auch die Betrachtungszeiträume weisen starke Unterschiede auf. Während die Zeitschrittweiten zwischen fünf Sekunden und einem Tag liegen, betragen die Betrachtungszeiträume fünf Minuten bis hin zu einem Jahr. Vor dem Hintergrund, welches Modell am geeignetsten für die Simulation von kalten Nahwärmenetzen mit Anbindung an Geothermieanlagen ist, werden zwei Modelle ermittelt. Das eine Modell ist explizit für die Simulation von kalten Nahwärmenetzen konzipiert und das andere Modell beachtet die für die kalten Nahwärmenetze benötigte dezentrale Wärmeversorgung.