Stoffmodelle

Funktion

Ein Stoffmodell, auch Stoffwert genannt, bildet Massen- und Energieflüsse ab.

Stoffmodellkomponenten

Die folgenden Stoffmodelle stehen in TOP-Energy zur Verfügung:

Komponentenvorlagenbibliothek und Projektexplorer

Die Stoffmodelle sind in dem gleichnamigen Ordner in der Komponentenvorlagenbibliothek hinterlegt.

Wenn ein neues Projekt begonnen wird, befinden sich die Stoffmodelle bereits in der Komponentenbibliothek des Projektes (siehe folgende Abbildung).

Funktionsweise

Um die Eigenschaften eines Stoffmodells anzusehen und anzupassen, ziehen Sie die Stoffmodellkomponente aus der Komponentenbibliothek auf das Schema und öffnen Sie das Formular mit einem Doppelklick auf die Komponente (siehe folgenden Slider).

Im Formular Netzdarstellung können Sie die Farbe des Netzes ändern (siehe folgende Abbildung).

Die Stoffmodellkomponente kann mit <entf> vom Schema entfernt werden.

Soll parallel zu einem bestehenden Stoffmodell noch ein zweites Stoffmodell (z. B. Thermoöl) erstellt werden, kann die Stoffmodellkomponente, z. B. StWasser(if), per Drag-and-drop bei gedrückter <Strg>-Taste kopiert und die Kopie dann angepasst werden (siehe folgende Abbildung). Zum Beispiel können Dichte- und Wärmekapazitätswerte geändert werden.

Um einem Netz das passende Stoffmodell zuzuordnen, öffnen Sie mit einem Rechtsklick auf den Pin das Kontextmenü, klicken darin Stoffwert ändern und wählen in dem folgenden Dialog Stoffwert zuordnen das Stoffmodell, z. B. Thermoöl (siehe folgenden Slider).

Die Netze (farbige Verbindungslinien) der einzelnen Stoffmodelle lassen sich aus Gründen der Übersichtlichkeit einzeln aus dem Schema ausblenden.

Stoffeigenschaften

Manche Stoffmodelle verfügen über verschiedene Funktionen. Welche Funktion genutzt wird, können Sie für jedes Schema im Simulator-Ribbon in der Gruppe Stoffeigenschaften wählen (siehe folgende Abbildung).

Während das Schema oder eine Komponente daraus aktiv ist (  Schema oder Komponente im Projektexplorer markiert), können Sie mit den Split Buttons wählen, ob in der Simulation

Gültigkeit

Die Auswahl der Stoffeigenschaft (z. B. nur Energie oder Temperaturabhängig) gilt innerhalb eines Schemas für alle Netze und Komponenten, denen das Stoffmodell zugeordnet ist. Liegen zwei voneinander getrennte Kreise vor, in denen das gleiche Stoffmodell mit unterschiedlichen Eigenschaften (z. B. Energie und Temperaturabhängig) verwendet werden soll, erstellen Sie eine Kopie des Stoffmodells. In der Drop-down-Liste des Split Buttons für die Stoffeigenschaften erscheinen dann alle auf dem Schema erstellten Stoffmodelle dieser Art (siehe folgende Abbildung).

Wechsel

Beim Wechsel von einer Funktion des Stoffmodells zu einer anderen, z. B. von der Stoffeigenschaft Temperaturabhängig zu Energie, werden sämtliche Ein- und Ausgabedaten, die nicht mehr benötigt werden, z. B. die Ein- und Austrittstemperaturen, sowie ungenutzte Pins, z. B. für Frischluft und Abgas, gelöscht. Beim Wechsel in die entgegengesetzte Richtung werden diese wiederhergestellt bzw. nach dem Speichern des Projekts mit Standardwerten ausgefüllt. Die Verbindungen zu den Pins müssen Sie manuell wiederherstellen.

Eine Warnung erscheint, bevor eingegebene Daten gelöscht werden.

StWasser(if)

Das Stoffmodell StWasser(if) beschreibt flüssiges Wasser als ideale Flüssigkeit. Bei diesem Stoffmodell können Sie wählen, ob die Simulation nur anhand von Energieströmen durchgeführt wird oder ob in der Simulation die Aus- und Eintrittstemperaturen berücksichtigt werden.

Energie

Wird nur die Energie betrachtet, ist das Modell kleiner und die Simulation geht gegebenenfalls etwas schneller. Wenn die Temperaturen nicht interessieren, empfiehlt sich diese Auswahl.

Temperaturabhängig

Bei der Auswahl der Stoffeigenschaft Temperaturabhängig muss die Vorlauftemperatur (Austrittstemperatur) für alle Komponenten (z. B. Kessel, Wärmebedarf) vorgegeben werden. Daraus wird ein Gleichungssystem erstellt, mit dem nach der Optimierung die Massen- und Energiebilanzen gelöst und alle restlichen Eintritts- oder Mischungstemperaturen berechnet werden. Auf diese Weise können Einschränkungen der Temperaturen berücksichtigt werden, z. B. wenn Temperaturen nicht unter einen bestimmten Wert sinken dürfen. Dies ist von Vorteil, wenn Wärmeerzeuger mit unterschiedlichen Temperaturniveaus in Reihe geschaltet oder Mischungstemperaturbedingungen parallel geschalteter Wärmeerzeuger zu berücksichtigen sind.

Das Eingabefeld für die Vorlauftemperatur (siehe folgende Abbildung) und die zugehörigen Ausgabefelder Eintrittstemperatur (Rücklauftemperatur) und Temperaturdifferenz des Wärmeträgers (Wasser) werden nur bei der Stoffeigenschaft Temperaturabhängig und nicht bei Energie angezeigt.

Beim Umschalten von Energie auf Temperaturabhängig erscheint die folgende Warnung, die Sie mit OK bestätigen können.

Umgekehrt erscheint beim Umschalten von Temperaturabhängig auf Energie die folgende Warnung, die Sie ebenfalls mit OK bestätigen können.

StBrennstoff

Das Stoffmodell Brennstoff verwendet eine Elementarzusammensetzung aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Schwefel, Stickstoff und Sauerstoff. Das Stoffmodell Brennstoff-flüssig-fest betrachtet zusätzlich in der Zusammensetzung die Anteile von Wasser und Asche. Es beruht auf der Annahme einer idealen Flüssigkeit bzw. eines idealen Festkörpers. Beim Stoffmodell StBrennstoff (flüssig, fest und gasförmig) können Sie wählen, ob nur die Energie oder auch die Zusammensetzung betrachtet wird.

Energie

Bei der Wahl Energie wird der Brennstoff nur als Energiestrom betrachtet. In einem Kessel kann z. B. der Wirkungsgrad, mit dem thermische Energie aus Brennstoffenergie gewonnen wird, vorgegeben werden. Die Wahl der Stoffeigenschaft Energie macht das Modell kleiner, reduziert die Rechenzeit und erspart die Vorgaben der Brennstoffzusammensetzung, Verbrennungszahlen usw.

Wenn das Brennstoffmodell Energie gewählt ist, werden an den angeschlossenenen technischen Komponenten, wie z. B. Heißwasserkessel oder BHKW, keine Pins zum Anschließen der Frischluft-Komponente angezeigt.

Mit Zusammensetzung

Die Option Mit Zusammensetzung berücksichtigt die stoffliche Zusammensetzung des Brennstoffs, die konkreten Anteile von Kohlenstoff, Wasserstoff usw. Die Verbrennung, z. B. im Kessel und in der Gasturbine, wird stöchiometrisch berechnet.

Das ist von Vorteil, wenn z. B. für einen Kessel die energetische Information nicht durch das Verhältnis der Wärmeleistung zur Brennstoffleistung, sondern durch das Verhältnis der Wärmeenergie zum Brennstoffvolumenstrom gegeben ist. Dann wird die Information über die Dichte und somit auch die Zusammensetzung des Brennstoffs benötigt. Eine Verbrennungsrechnung ist ebenfalls nötig, wenn wie in Tutorial 51 ein Kessel mit einer Abgaswärmerückgewinnungsanlage verbunden ist.

Der Abschnitt Verbrennungsrechnung (siehe folgende Abbildung) erscheint nur bei der Auswahl der Stoffeigenschaft Mit Zusammensetzung.

Beim Umschalten des Brennstoffmodells von Energie auf Mit Zusammensetzung erscheint die folgende Warnung, die Sie mit OK bestätigen können.

Umgekehrt erscheint beim Umschalten des Brennstoffmodells von Mit Zusammensetzung auf Energie die folgende Warnung, die Sie ebenfalls mit OK bestätigen können.

Weitere Informationen

Weitere Informationen über die Verwendung und die Eigenschaften der Stoffmodelle enthalten die Artikel zu den Besonderheiten der einzelnen Stoffmodelle: Besonderheiten Wärme und Kälte, Besonderheiten Dampf etc.

Die Option Alternative Stoffmodellberechnung lässt sich für einige Komponenten im Formular Notizen und Tooltip → Entwickleroptionen aktivieren, um eine andere Formulierung, die zum Beispiel für den Dampfzustand günstiger ist, zu verwenden.