Diplomarbeit Fabian Eben

 

Erstellung von Testfällen zur dynamischen Simulation von Stadtquartieren

Diplomarbeit Fabian Eben Urheberrecht: EBC Generiertes Stadtquartier von 100 Gebäuden und seinem Wärmenetz

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Software-Werkzeugs, durch das Testfälle von Stadtquartieren und ihren thermischen Verteilnetzen generiert werden können. Die erstellten Stadtquartiere sollen skalierbar sein und dabei im strukturellen Aufbau und der Anordnung der Gebäude realen Quartieren ähnlich sein.

Dabei erfolgt zunächst eine Analyse der möglichen Einflussgrößen auf die Bauweise von Stadtquartieren. Hierzu wird der Zusammenhang zwischen verschiedenen Siedlungstypen und deren typischen Besiedelungsdichten sowie die Anordnung der Gebäude innerhalb der Stadtquartiere betrachtet. Weiterhin werden Gesetzmäßigkeiten, nach denen Straßennetze aufgebaut sind, untersucht. Um Aussagen über den Energiebedarf eines Quartiers treffen zu können werden zunächst die Einflussgrößen auf die Heizlast einzelner Gebäude betrachtet und geeignete Modellbildungsansätze besprochen. Durch Zugrundelegung thermodynamischer und strömungsmechanischer Zusammenhänge werden Kenntnisse über die Heizwassernetze von Stadtquartieren erlangt.

Unter Berücksichtigung der erarbeiteten Modellbildungsansätze zur Quartiersbeschreibung werden Algorithmen entwickelt, mit denen die zufallsbasierende Erstellung von Stadtquartieren ermöglicht wird. Hierzu werden von dem Software-Werkzeug zunächst Gebäude unterschiedlichen Typs erstellt, für die nach gängigen Methoden der Verlauf der Heizlast berechnet wird. Die erstellten Gebäude werden nach geeigneten Paradigmen in den Stadtquartieren platziert. Die Erstellung der thermischen Verteilnetze der generierten Stadtquartiere erfolgt in Strahlenbauweise, sowie in Maschenbauweise durch sukzessiven Anschluss der Gebäude an das Fernwärmenetz.

Mit Hilfe des entwickelten Software-Werkzeugs können Testfälle frei skalierbar von wenigen Gebäuden bis hin zu großen Stadtquartieren generiert werden. Die Gebäudedichte der Stadtquartiere, sowie deren städtebauliches Erscheinungsbild sind regelbar, so dass verschiedene Siedlungstypen nachgebildet werden können. Die Ausgabe des Generators enthält die Auflistung der Start- und Endknoten, Leitungslängen und Leitungsdurchmesser, sowie der Bedarfsprofile der Gebäude der Stadtquartiere in einem für die dynamische Simulation von Fernwärmenetzen kompatiblen Format. Die Rechenzeit für die Erstellung der Testfälle verhält sich proportional zur Anzahl der Gebäude des Stadtquartiers und konnte auf dem Testrechner zu 6 Sekunden pro 100 Gebäude bestimmt werden.