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Kurzdokumentation der Berechnungsmodelle

Auf dieser Seite finden Sie eine kurze Dokumentation zu den in nPro verwendeten Modellen, welche Sie zur Beschreibung in Berichten oder anderen Dokumenten nutzen können. Die auf dieser Dokumentationsseite verwendeten Beschreibungen können daher ohne Referenzierung oder Quellenangabe entweder wortgleich oder in veränderter Form zu eigenen Zwecken ohne weitere Zustimmung verwendet werden.

Simulation von Bedarfsprofilen

Zur Erstellung von Bedarfsprofilen für Raumwärme und Raumklimatisierung kommen Top-Down-Verfahren zum Einsatz. Über ein vereinfachtes physikalisches Modell basierend auf Gradtagsstunden wird anhand des jährlichen Gesamtbedarfs ein Jahresbedarfsprofil erzeugt. Das Simulationsverfahren wurde für eine Vielzahl von Gebäudetypen mit Messreihen in mehreren deutschen Städten validiert. Für Prozesskälte, Trinkwarmwasser, Elektromobilität sowie Nutzerstrom werden vereinfachte Modelle basierend auf Standardlastprofilen genutzt. Hierbei wird die Saisonalität der Bedarfsprofile über das Jahr mitberücksichtigt.
Siehe auch: Bedarfsprofilberechnung: Validierung für verschiedene Gebäudetypen

Photovoltaik-Erzeugungsprofile

Die Ertragsberechnung von Photovoltaik-Anlagen basiert auf der Dokumentation des validierten kommerziellen Tools PVsyst und die implementierten Modellgleichungen zur Einstrahlungsberechnung aus der Publikation "Duffie, John A., and William A. Beckman: Solar Thermal Power Systems. In: Solar Engineering of Thermal Processes, Fourth Edition, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, USA, 2013".
Siehe auch: Photovoltaik: Berechnungsmodell und Validierung

Solarthermie-Erzeugungsprofile

Die Berechnung des zeitaufgelösten Ertragsprofils für Solarthermiekollektoren erfolgt in Anlehnung an DIN EN 12975-2. Ertragsprofile wurden für eine Vielzahl unterschiedlicher Standorte und Ausrichtungen mit den Erzeugungsprofilen des Tools ScenoCalc des SP Technical Research Institute of Sweden validiert.
Siehe auch: Solarthermie: Berechnungsmodell und Validierung

Windkraft-Erzeugungsprofile

Die Ertragsberechnung von Windkraftanlagen basiert auf Leistungskurven realer Windturbinen. Die Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe wird gemäß dem Potenzgesetz nach Hellmann aus Wetterdaten und der Nabenhöhe berechnet.
Siehe auch: Windkraft-Berechnung

Struktur- und Auslegungsoptimierung

Die Berechnungsmodelle zur Systemauslegung und Betriebssimulation basieren auf anerkannten und in der Forschung verbreiteten mathematischen Optimierungsmodellen, wie bspw. beschrieben in [1]. Diese Optimierungsmodelle berücksichtigen Energiebilanzen in stündlicher Auflösung für ein typisches Auslegungsjahr sowie vereinfachte Komponentenmodelle mit konstanten und zeitvariablen Wirkungsgraden. In der Auslegungsrechnung wird ein ideales Betriebsverhalten zu Grunde gelegt, welches bspw. eine perfekte Vorhersage von in der Zukunft liegenden Bedarfe annimmt.
Siehe auch: Optimierungsmodell zur Auslegungsberechnung

Berechnung von Erdbodentemperaturen

Die Berechnung von Erdbodentemperaturen erfolgt auf Basis vereinfachter physikalischer Berechnungsmodelle, welche mit Hilfe von Messzeitreihen kalibriert und validiert wurden.

Wirtschaftlichkeitsberechnung

Die Wirtschaftlichkeit erfolgt mit Hilfe der Barwertmethode sowie den in der VDI 2067 dargelegten Berechnungsansätzen. Hierbei fließen neben Betriebskosten auch einmalige Investitionen über Annuitäten in die Berechnung mit ein.

Wetterdaten

Die verwendeten Wetterdaten basieren auf Datensätzen verschiedener meteorologischer Organisationen. Einen Überblick über die verwendeten Datensätze findet sich in der Publikation "Lawrie, Linda K, Drury B Crawley. 2019. Development of Global Typical Meteorological Years (TMYx)."

Leistungszahlen für Wärmepumpen

Die Leistungszahlen von Wärmepumpen mit hinterlegten Herstellerdaten basieren auf Messreihen der Zertifizierungsstelle Keymark gemäß der Norm EN 14825. Aufgrund von Interpolationsverfahren können Abweichungen zwischen Messdaten und den berechneten Leistungszahlen nicht ausgeschlossen werden.

Quellen

  1. Design optimization of multi-energy systems using mixed-integer linear programming: Which model complexity and level of detail is sufficient? M. Wirtz, M. Hahn, T. Schreiber, D. Müller. Energy Conversion and Management, 240, 114249, 2021.
  2. Climate.OneBuilding.Org
  3. PVsyst-Tool

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