Reihen- und Parallelschaltung von Wärmekomponenten

Reihen- und Parallelschaltung von Wärmekomponenten

Wärmekomponenten können in TOP-Energy durch Reihen- oder Parallelschaltungen verknüpft werden. Im Folgenden werden die Besonderheiten beider Verschaltungsarten unter Berücksichtigung der energie- und temperaturbezogenen Eingabedaten erläutert.

Parallelschaltung

Im Normalfall werden Wärmekomponenten in TOP-Energy parallel geschaltet, denn die Modellgleichungen der Komponenten (mit ihren jeweiligen Ein- und Ausgabedaten) sind für diese Verschaltungsart ausgelegt. In allen Wärmekomponenten müssen jeweils unter dem Reiter Eingabedaten die Austrittstemperaturen (Vorlauftemperaturen) vorgegeben werden. In der folgenden Abbildung ist eine Parallelschaltung dargestellt, die einen Wärmebedarf und drei Wärmeerzeuger umfasst.

In der Abbildung ist für jede Komponente die einzugebende Austrittstemperatur markiert. Die Rücklauftemperaturen werden bei der Simulation durch die Kopplung der Energie- und Massenströme berechnet und unter dem Reiter Ausgabedaten dargestellt. In dieser Verschaltung wird die energetische Optimierung nicht durch die Vorgabe der Austrittstemperaturen beeinflusst.

Bei einer Reihenschaltung enthalten die Gleichungen zur Kopplung der Energie- und Massenströme weniger Freiheitsgrade als bei einer Parallelschaltung. Deshalb sind bei der Simulation einer Reihenschaltung einige Besonderheiten zu beachten. Sie haben die folgenden zwei Möglichkeiten, wenn Sie die Komponenten parametrisieren. Beachten Sie bitte, dass die zweite Variante zu bevorzugen ist.

Vorgabe der Austrittstemperatur

In der ersten Variante werden wie im Normalfall (bei der Parallelschaltung) die Austrittstemperaturen aller Komponenten vor der Simulation unter dem Reiter Eingabedaten eingegeben. Im Fall einer Reihenschaltung können mit dieser Standard-Parametrierung jedoch folgende Probleme auftreten:

Grundsätzlich wird bei einer Reihenschaltung durch die Vorgabe aller Austrittstemperaturen die energetische Optimierung beeinflusst. Folglich ist das Simulationsergebnis von den vorgegebenen Temperaturrandbedingungen in den Eingabedaten abhängig. Um dies zu vermeiden, sollte man so parametrisieren, wie es im folgenden Abschnitt beschrieben wird.

Berechnung der Austrittstemperatur

Die zweite – bessere – Variante zur Simulation eines Systems mit Reihenschaltung lässt die Austrittstemperatur (Vorlauftemperatur) der ersten in Reihe geschalteten Komponente vom Simulator berechnen.

Anhand des dargestellten Beispielsystems erfahren Sie, wie man dabei vorgeht. In dem Beispielsystem ist die Power-to-Heat-Komponente in Reihe geschaltet.

Für diese Komponente muss unter dem Reiter Eingabedaten im Bereich Thermisches Betriebsverhalten der Parameter Vorlauftemperatur als Berechneter Wert gesetzt werden. Dies wird wie folgt realisiert:

Dadurch werden in der Simulation sowohl die Ein- als auch die Austrittstemperatur für diese Komponente berechnet. Auf diese Weise wird, wie in einer Parallelschaltung, die energetische Optimierung nicht durch die Temperaturrandbedingungen beeinflusst. Deshalb wird für eine Reihenschaltung diese Parametrierung empfohlen.