Auslegungsmethode: Jahresprofile und Heizlast
Für die Rohrnetzauslegung in nPro existieren zwei unterschiedliche Methoden: die Auslegung nach Lastprofilen und die Auslegung nach der maximalen Heizlast. Auf dieser Seite wird erläutert, wie die beiden Methoden funktionieren und welche Unterschiede es zwischen ihnen gibt.
Wie werden Wärmenetzrohre in nPro ausgelegt?
Die Auslegung von Wärmenetzrohren in nPro erfolgt auf Basis der maximalen Leistung, die über das Rohr übertragen werden muss. Diese maximale Leistung ergibt sich aus den Lastprofilen der Gebäude, die über das betrachtete Rohr versorgt werden. Dabei wird berücksichtigt, dass die maximalen Lasten nicht gleichzeitig auftreten. Dies kann sowohl über den Gleichzeitigkeitsfaktor berücksichtigt werden als auch über die Betrachtung von stündlich aufgelösten Lastprofilen, welche bei unterschiedlichen Gebäudetypen nicht zum gleichen Zeitpunkt die höchste Last aufweisen. Die Auslegung der Rohre erfolgt dann auf Basis der maximalen Leistung und des maximalen Volumenstroms, der in der Rohrdimensionierung maßgeblich ist. Dafür gibt es zwei unterschiedliche Methoden, die in nPro genutzt werden können: die Auslegung nach Lastprofilen und die Auslegung nach der maximalen Heizlast. Die Unterscheidung zwischen den beiden Methoden ist wichtig, da sie unterschiedliche Ergebnisse liefern und somit auch unterschiedliche Auslegungen der Rohre zur Folge haben können.
Berechnung der maximalen Leistung
Um die maximale Bezugsleistung eines jeden Gebäudes zu bestimmen, müssen zunächst die Lastprofile für den Wärme- und Kältebedarf der Gebäude berechnet werden. Diese werden entsprechend den Bedarfsangaben des Nutzers ermittelt. Die maximale Bezugsleistung ergibt sich dann aus dem Maximum der Lastprofile unter Berücksichtigung etwaiger dezentraler Anlagen, wie dezentraler Wärmepumpen.
Gleichzeitigkeitsfaktor für die Netzauslegung
Der Gleichzeitigkeitsfaktor liegt üblicherweise zwischen 0,5 und 1 und berücksichtigt, dass die maximalen Bedarfe der Gebäude nicht gleichzeitig auftreten. Ein Gleichzeitigkeitsfaktor von 1 beschreibt den Fall, dass alle Gebäude gleichzeitig die maximale Leistung abrufen. In nPro gibt es mehrere Möglichkeiten, den Gleichzeitigkeitsfaktor zu bestimmen oder berechnen zu lassen: Es kann auf vorhandene heuristische Profile zurückgegriffen werden oder ein eigener funktionaler Zusammenhang über ein Profil definiert werden. Der Gleichzeitigkeitsfaktor wird dann in Abhängigkeit der Anzahl an Gebäuden, die über das betrachtete Rohr versorgt werden, für jeden Netzabschnitt berechnet.
Auslegung nach Lastprofilen
Bei der Auslegung nach Lastprofilen werden die stündlich aufgelösten Lastprofile aller über das betrachtete Rohr versorgten Gebäude addiert. Dabei spielen auch Prosumer eine Rolle, die Wärme in das Netz einspeisen. Bei der Einspeisung aus dem Rücklauf in den Vorlauf wird die eingespeiste Wärme von dem Wärmebedarf subtrahiert und reduziert somit den Wärmebedarf, der von der Energiezentrale gedeckt werden muss. Bei der Einspeisung aus dem Vorlauf in den Rücklauf wird die eingespeiste Wärme zum Wärmebedarf addiert, da sich dadurch der notwendige Volumenstrom im Rücklauf (und Vorlauf) erhöht. Die Netto-Lastprofile an einem Rohrabschnitt werden in Volumenströme unter Berücksichtigung der zum jeweiligen Zeitpunkt vorherrschenden Temperaturspreizung (zwischen Vor- und Rücklauf) umgerechnet. Dies ist vor allem für den Fall sich ändernder Temperaturspreizungen über das Jahr relevant (z.B. bei gleitenden Vor- und Rücklauftemperaturen). Eine höhere zu übertragende Wärmeleistung kann bei einer hohen Temperaturdifferenz zu einem geringeren Volumenstrom führen als eine geringere Leistung bei einer geringen Temperaturdifferenz. Es muss daher das gesamte Jahr zeitlich aufgelöst betrachtet werden. Der höchste auftretende Volumenstrom ist dann entscheidend für die Rohrdimensionierung. Der Volumenstrom wird dann mit dem für das Rohr berechneten Gleichzeitigkeitsfaktor multipliziert, um den Auslegungsvolumenstrom zu bestimmen.
Auslegung nach der maximalen Heizlast
Bei der Auslegung nach der maximalen Heizlast werden alle maximalen Heizlasten der Gebäude, die über das betrachtete Rohr versorgt werden, addiert. Es ist wichtig hierbei zu beachten, dass Kühllasten in Form von dezentraler Einspeisung unberücksichtigt bleiben. Der Zeitpunkt mit der höchsten kumulativen Heizlast ist dann für die Auslegung entscheidend. Auf diesen Wert wird dann noch der vorher berechnete Gleichzeitigkeitsfaktor aufgeprägt, um die Auslegungsleistung und den Auslegungsvolumenstrom zu bestimmen.
Welche Methode sollte genutzt werden?
Bei der Auslegung nach Lastprofilen durch Aufsummierung der stündlichen Lastprofile wird bereits bei dieser Summierung berücksichtigt, dass die maximalen Lasten nicht gleichzeitig auftreten. Dies ist daher vor allem bei Systemen mit unterschiedlichen Gebäudetypen relevant. Außerdem können dezentrale Wärmeeinspeisungen (durch Kühllasten) die Netto-Wärmebedarfe in einem Rohrabschnitt vermindern. Zusätzlich zu diesen Effekten wird noch der Gleichzeitigkeitsfaktor aufgeprägt. Somit ist die Auslegungsmethode mit Lastprofilen der weniger konservative Auslegungsansatz. Die Auslegung mittels der maximalen Heizlasten ist hingegen konservativer, da diese die Lasten nur um den Gleichzeitigkeitsfaktor vermindert. Sie stellt den klassischen Auslegungsansatz dar.
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