Bachelorarbeit Jürgen Hanke

 

Untersuchung der Energieströme in Wärmenetzen mit vereinfachten Rohrmodellen

InModelica können physikalischeModelle objektorientiertmittels einer grafischen Benutzeroberfläche
erstellt werden. Die Modelica Standard Library (MSL) bietet mit dem Fluid-Package die
Möglichkeit, Rohrleitungssysteme zu modellieren. Die Modelle der MSL sind sehr komplex und
entsprechend aufwändig zu berechnen. Deswegen wurde am EBC das SimpleHydraulic-Package
mit stark vereinfachten Modellen zur Berechnug von Rohrleitungssystemen erstellt. Im Rahmen
dieser Bachelorarbeitwurde für das SimpleHydraulic-Package ein vereinfachtes dynamisches Rohrmodell
erstellt. Das erstellteModell wurde anschließend anhand vonMessdaten aus dem Wärmenetz
des Campus Melaten der RWTH Aachen verifiziert. Als zusätzliche Referenz diente das Rohrmodell
aus dem Fluid-Package derMSL.
Die drei wesentlichen Aspekte des erstellten Rohrmodells waren die Berechnung des Druckverlustes,
die Berechnung des Wärmeübergangs durch die Rohrwand an die Umgebung sowie die
Diskretisierung des Rohrvolumens. Mittels einer einfachen Parametervariation wurde das Rohrmodell
auf Plausibilität überprüft.
Ein Vergleich der Simulationsergebnisse mit den Messdaten des Wärmenetzes ergab für eine Diskretisierung
von n = 500 eine gute Annäherung an den gemessenen Temperaturverlauf.Die Abweichung
des quadratischen Mittelwertes der betrachteten Messintervalle lag im Bereich von 1,45 °C
bis 3,57 °C. Eine zeitliche Verschiebung zwischen Simulationsergebnissen und Messdaten konnte
durch Berücksichtigung eines zwischen den Messpunkten abgezweigten Massenstroms reduziert
werden.
Der Vergleich der Simulationsergebnisse des vereinfachten Rohrmodells und des Rohrmodells der
MSL zeigt einen konstanten zeitlichen Versatz zwischen den beiden Modellen. Die Variation des
Rohrdurchmessers, der Rohrlänge und des Massenstroms weisen auf einen Zusammenhang zwischen
der Durchlaufzeit des Fluids und der zeitlichen Verschiebung hin. Die genaue Ursache der
zeitlichen Verschiebung zwischen den beidenModellen konnte jedoch nicht ermittelt werden.