Wärmeverluste UndergroundPipes

[Stefan Gemperle]

Hallo Zusammen

Im Zuge meiner Masterthesis benutze ich das Modell ParallelPipes um mein Fernwärmenetz darzustellen. Dabei habe ich die Wärmeverluste der Rohrleitungen über effektive gemessene Werte eines Wärmeverbundes ermittelt. Die Parametrierung des Modell ParallelPipes soll nun so erfolgen, dass mit möglichst einfachen Werten diese Verluste in der Simulation nachgestellt werden können.

Bei der durchgeführten Literaturrecherche bin ich auf das Paper "Steady-state heat loss from insulated pipes" von Peter Wallentén gestossen. Bildet die darin abgebildete Theorie die Grundlage für das Modell?

Mir ist nicht ganz klar geworden woher die Theorie hinter den angewandten Formeln kommt und wie sie sich zusammensetzt. 

Aus diesen Gründen ist mir auch die Bedeutung aller Parameter nicht 100% klar geworden. Insbesondere der Unterschied zwischen d_g (Diamter of the undisturbed ground) und H_real (Depth of the pipe Center).

Habt Ihr da ein Paper dazu welches ich studieren könnte? Und könnt Ihr mir weiter helfen welche Parameter ich berücksichtigen muss um die Wärmeverluste möglichst einfach nachzubilden? 

Ich wäre euch sehr dankbar für eure Unterstützung.

Mit freundlichen Grüssen

Stefan Gemperle

[Matthis Thorade]

Hi Stefan,
Deine Fragen zu dem Modell müsste ein Kollege beantworten, weil ich es auch nicht genau kenne, aber demnächst wird es auch noch ein weiteres Rohr-Model geben:
Unsere Bibliothek basiert ja auf der IBPSA Bibliothek, und dort gibt es das neue Rohr-Modell, das fast fertig ist:
https://github.com/ibpsa/modelica-ibpsa/pull/824
Dazu gibt es auch ein passendes Paper:
https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.08.072
Von den (teilweise) selben Autoren gibt es noch ein weitere Paper, eventuell ebenfalls interessant:
https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2017.03.026

Sobald Pull Request 824 gemergt ist, werden wir es ebenfalls in unsere Bibliothek übernehmen.
Viele Grüße,
Matthis

[Matthis Thorade]

Noch ein Nachtrag:
Du beziehst Dich vermutlich auf das Modell:
BuildingSystems/Technologies/DistrictHeatingNetworks/UndergroundPipes/ParallelPipes.mo
Wenn Du genau diese Datei auf github ansiehst:
https://github.com/UdK-VPT/BuildingSystems/blame/master/BuildingSystems/Technologies/DistrictHeatingNetworks/UndergroundPipes/ParallelPipes.mo
dann gibt es oben rechts den Knopf "Blame", um anzuzeigen wer zuletzt an dem Code gearbeitet hat.
Das war Carles, der inzwischen leider in einem anderen Institut arbeitet, aber ich probiere mal ihn zu kontaktieren.

[Stefan Gemperle]

Hallo Matthis

Danke für deine schnelle Antwort. In diesem Fall werde ich sicher das neue Modell und die Papers studieren. 

Für meine Arbeit wird das neue Rohr Modell wahrscheinlich zu spät kommen, aber für weitere Arbeiten ist es sicher sehr spannend.

Danke nochmals für die Unterstützung.

Liebe Grüsse

Stefan

[Matthis Thorade]

Hallo Stefan,
Carles hat mir geantwortet, er empfiehlt dieses Paper:
Bøhm, B. (2000), On transient heat losses from buried district heating pipes.
Int. J. Energy Res., 24: 1311–1334.
doi:10.1002/1099-114X(200012)24:15<1311::AID-ER648>3.0.CO;2-Q
https://doi.org/10.1002/1099-114X(200012)24:15<1311::AID-ER648>3.0.CO;2-Q
https://doi.org/dqn5np
Grüße,
Matthis

[Stefan Gemperle]

Super! Auch ihm ein Danke. Hoffe damit all meine Fragen abschließend klären zu können.

Danke für die schnelle Hilfe.

Gruss

Stefan

[Stefan Gemperle]

Die einzige Frage die für mich noch offen bleibt ist, woher d_g (Diamter of the undisturbed ground). Dieser ist auf ca. 1.36m gesetzt. Kannst du mir etwas dazu sagen? Ich habe diverse Ansätze gefunden, aber keinen wirklich abschließenden.

Liebe Grüsse

Stefan

[Matthis Thorade]

Müsste ich auch nochmal Carles fragen

[Carles Ribas Tugores]

Hallo Stefan,

habe ich mir das Modell nochmal angeschaut. Es sieht so aus als ich habe doppelt den Wärmewiderstand der Erde berücksichtigt.

Wärmewiderstand der Erde wird schon mit R_g in Betracht gezogen...

D.h. R_i sollte weder bei „UConcreteWoolInsulation“ noch bei „UPreinsulated“ 0.5/lam_g*log(d_g/d_c) bzw. 0.5/Modelica.Constants.pi/lam_g*log(d_g/d_c) haben. Und damit ist den durchmesser d_g nicht mehr (hier) notwendig!

Danke fürs kritisch auf dem Modell zu schauen! könntest du diese Anderung im BuildingSystems vornehemen? siehe Git Hub. How to...

 

Außerdem, das „Diameter of the undisturbed ground d_g” sollte benutzt werden um es zu definieren auf welche Position die Temperatur (Randbedindungen) verwendet werden soll. Randbedingugen wird aber extern definiert, von Daher braucht erstmal das Rohrmodell kein d_g mehr.

LG,

Carles

[Stefan Gemperle]

Danke für die Antwort Carles. Dann hatte ich die richtige Vermutung was den Ursprünglichen Verwendungszweck von d_g angeht.

Ich habe das Problem an meinen Betreuer weitergeleitet. Er wird in die Wege leiten dass das Modell in der Bibliothek angepasst wird. Ich werde mich nochmals melden sobald ich die Rückmeldung habe dass es erledigt wurde.

Liebe Grüsse

Stefan

[Stefan Gemperle]

Hallo Carles

Eine weitere Frage ist aufgetaucht an der ich mir noch etwas die Zähne ausbeisse.

Im Modell "pipe" wird der Wärmeverlust der Rohrleitung über den Wärmeleiter "conPipWall" berechnet. In diesem ist die Isolation der Rohrleitung berücksichtigt. Das Modell übernimmt dabei die Werte vom Modell "U model" (UPreinsulated).

Im "U model" werden die Werte U1 und U2 aber ebenfalls mit der Isolation der Rohrleitungen berechnet.

Ich habe die Vermutung dass dieses Problem im "Q model" in den Formeln für Q_1S, Q_1R und Q_1R2 berücksichtigt wird. Kannst du mir sagen wie du dass gelöst hast?

Liebe Grüsse

Stefan

[Carles Ribas Tugores]

Hallo Stefan,

Im BuildingSystems.Technologies.DistrictHeatingNetworks.UndergroundPipes.ParallelPipes wird den Wärmeverlust extern berechnet, nämlich im qmodel. conPipWall wird demzufolge nicht verwendet: Wenn du die Parametrisierung der einzelne Rohre anschaust wird du sehen, dass der Parameter useExternalHeatSource (Advanced tab) als true gesetz ist. Damit ist  conPipWall weg!

Wenn ich nur eine Temperatur als Randbedingugen bräuche, hätte ich conPipWall nutzen können, hier geht es aber nicht da ich Tsupply und Treturn zur Berechung des Wärmeverlustes brauchte.
D.h. macht dir keinen Kopf über der Parametrisierung der einzelne Rohr, es geht um Fehlermeldungen zu vermeiden.

LG,
Carles