Dimensionierung von kalten Nahwärmenetzen
Auf dieser Seite erfahren Sie, wie passive kalte Nahwärmenetze mit der nPro-Software dimensioniert und ausgelegt werden können. Aktive Netze mit einer zentralen Pumpe werden wie klassische Nahwärmenetze über ein fest vorgegebenes Druckgefälle (Pa/m) dimensioniert.
Allgemeines
Für die Dimensionierung von kalten Nahwärmenetzen nutzt nPro eine eigens entwickelte Herangehensweise. Primär stützt sich die Auslegung auf die Berechnung des maximal erlaubten Druckgefälles (Pa/m). Individuelle Einstellungen und Parameter können in die Auslegung miteinfließen, wodurch die Dimensionierung an die individuellen Gegebenheiten des zu berechnenden Systems angepasst werden kann.
Welche Annahmen liegen der Auslegung passiver kalter Nahwärmenetze in nPro zugrunde?
Die Umwälzpumpen der dezentralen Wärmepumpen leisten die alleinige Pumparbeit und bestimmen durch ihre Förderhöhe den maximal zulässigen Druckverlust im kritischen Pfad des Systems. Der Druckverlust in der Energiezentrale ergibt sich entweder aus den Druckverlusten in den Erdwärmesonden, unter Berücksichtigung der in der Benutzeroberfläche eingestellten Parameter, oder aus einem pauschal vorgegebenen Druckverlust für die Energiezentrale. Die Gesamtsumme der Druckverluste entlang jedes Pfades (bestehend aus den Rohrleitungsverlusten, dem prozentualen Anteil für Einbauten, den berechneten oder vorgegebenen Druckverlusten in der Energiezentrale und den Verlusten in den Hausanschlussstationen) darf den maximalen Förderdruck der dezentralen Wärmepumpe nicht überschreiten.
Welche Parameter und Einstellungen müssen getroffen werden, um ein passives kaltes Nahwärmenetz auszulegen?
Die Umwälzpumpe muss auf die Einstellung dezentral konfiguriert werden. Dabei ist sicherzustellen, dass die maximale Förderhöhe auf einen Wert eingestellt wird, der der maximalen Förderhöhe der Wärmepumpe entspricht. Der Druckverlust in der Energiezentrale muss spezifiziert werden: entweder durch die Angabe der Parameter der Erdwärmesonden oder durch einen pauschalen Druckverlust. Um überhaupt eine gültige Auslegung erhalten zu können, muss der Druckverlust in der Energiezentrale kleiner sein als die maximale Förderhöhe der Pumpe.
Nach welchem Kriterium wird ein kaltes Nahwärmenetz in nPro ausgelegt?
Maßgeblich für die Auslegung eines kalten Nahwärmenetzes in nPro ist der maximal erlaubte durchschnittliche Druckgradient entlang eines Pfades. Ein Pfad symbolisiert in diesem Kontext die kürzeste Verbindung zwischen einem Gebäude und der Energiezentrale. Dabei greift die Annahme, dass wenn man alle Rohre eines Pfades unterhalb des maximal erlaubten Druckgradienten auslegt, es zu keiner Überschreitung des zulässigen Druckverlustes in den Rohren kommt. Um den maximal erlaubten durchschnittlichen Druckgradienten für einen Pfad zu bestimmen, ist der maximal erlaubte Druckverlust in den Rohrleitungen eines Pfades zu bestimmen. Dazu muss zunächst der maximale Druckverlust in der Energiezentrale bestimmt werden. Dienen Erdwärmesonden als Quelle wird anhand des maximalen Volumenstroms im Netz und der durch den Nutzer eingegebenen Parameter der Druckverlust bestimmt. Dabei ist zu beachten, dass der Nutzer die Möglichkeit hat, entweder eine spezifische Wärmeentzugsleistung für die Erdwärmesonden anzugeben oder die Anzahl der Sonden zu bestimmen. Wählt er die Wärmeentzugsleistung, wird die Anzahl der Sonden automatisch berechnet. Der maximal erlaubte durchschnittliche Druckgradient entlang eines Pfades, kann dann anhand der Länge des Pfades, des Druckverlustes in der Energiezentrale, sowie der Beaufschlagung für Verluste in Rohrarmaturen bestimmt werden. $$ \text{maximaler Druckgradient}_\text{Pfad} = \frac{\left(\text{Förderhöhe}_\text{dezentral} - \Delta p_\text{Energiezentrale}\right)}{1 + \left(\frac{\text{Prozent Beaufschlagung für Rohreinbauten}}{100}\right)} \div L_\text{Pfadlänge} $$ Hierbei beschreibt \( \Delta p_\text{Energiezentrale} \) den Druckverlust in der Energiezentrale, und die "Prozent Beaufschlagung für Rohreinbauten" gibt den prozentualen Anteil des zusätzlichen Druckverlustes durch Rohrinstallationen an. \( L_\text{Pfadlänge} \) steht für die Länge des Pfads in Metern. Durch Iteration über alle Anschlussnehmer, wird sukzessive für alle Pfade der geringste maximale Druckgradient festgelegt. Entsprechend der ausgewählten Auslegungsmethode (Lastprofile oder Heizlast) wird der maximale Volumenstrom bestimmt und die Rohre entsprechend ausgelegt.
Welche zusätzlichen Auslegungsparameter können noch definiert werden?
Zusätzlich zu dem durch den Algorithmus berechneten Druckgradienten ist es dem Nutzer auch möglich, die Auslegung durch eigene Parameter und Begrenzungen zu beeinflussen. Dies kann durch das Bearbeiten der Rohrparameter-Tabelle, sowie das Hochladen eigener Rohrdaten erreicht werden. Durch das Hinzufügen oder Löschen von Rohrdurchmessern kann die Auswahl an Rohren beeinflusst werden, wodurch bestimmte Rohrdurchmesser für die Dimensionierung priorisiert werden können. In den Wärmenetzeinstellungen erlauben die Auslegungskriterien "Druckgefälle" und "Strömungsgeschwindigkeit" eine zusätzliche, manuelle Begrenzung der Betriebsparameter. Sollte der berechnete Druckgradient oder die resultierende Fließgeschwindigkeit die definierten Grenzwerte überschreiten, geht der Algorithmus zum nächstgrößeren Rohrdurchmesser über. Anhand dieser Einstellungen ist es möglich, mit nPro verschiedene gängige Auslegungsansätze zu hinterlegen.
Video-Tutorial zu kalter Nahwärme
Ein ausführliches Video-Tutorial zur Berechnung kalter Nahwärmenetze finden Sie hier:
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