Systeme in virtuellen Modellen untersuchen und so die besten Lösungen finden

Wir nutzen verschiedene Simulationsprogramme, um ganze oder Teilsysteme darzustellen. Dann können wir diesen virtuellen Zwilling vielen möglichen Randbedingungen aussetzen und sein Verhalten testen – noch lange vor Baubeginn.

Physikalische Fragen virtuell erforschen

  • Wie groß müssen der Wärmespeicher und die Solarthermie werden, um gemeinsam mit der vorhandenen Abwärme zuverlässig den Bedarf des Wärmenetzes zu versorgen?
  • Welche Bauweise des Wärmespeichers und welche Materialien sind langfristig effizient?
  • Wie wird der Untergrund durch die Wärmespeicherung beeinflusst?

Solche Fragen ließen sich beantworten, indem wir viele Systeme in Realität bauen und jahrelang vermessen. Schneller und in vielen Varianten finden wir stattdessen die besten Lösungen, indem wir ganze Systeme oder Teile davon in Simulationsmodellen untersuchen.

Dazu bilden wir in verschiedenen Simulationsprogrammen das jeweilige Zielsystem nach und erschaffen so einen „virtuellen Zwilling“.

Durch die langjährige Simulationserfahrung von Solites zeigt dieser virtuelle Zwilling ein Systemverhalten, das in der Praxis zu erwarten ist. Dadurch können wir das Zielsystem virtuell vielen möglichen Randbedingungen aussetzen, das Verhalten dabei testen und das System optimieren.

Dynamische Systemsimulationen

Unsere Modelle zur dynamischen Systemsimulation für die Wärme -und Stromerzeugung in dem Programm TRNSYS wurden seit 1995 über Jahre mit Messdaten aus Pilotprojekten validiert.

In internationaler Zusammenarbeit in Tasks der IEA (internationale Energieagentur) werden seit 2020 unter Leitung von Solites Simulationsmodelle für Wärmespeicher miteinander verglichen. Wir konnten sehr gute Übereinstimmungen erzielen.

Durch die umfangreichen Simulationsmodelle konnten wir das vereinfachte Berechnungsprogramm SCFW erarbeiten und öffentlich zur Verfügung stellen.

Vergleich von Messdaten mit den Ergebnissen einer TRNSYS-Simulation für die Temperaturen in einem Großwärmespeicher

Numerische Strömungssimulationen

Um Details in wassergefüllten Wärmespeichern genauer zu erforschen, nutzen wir CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics) mit den Programmen ANSYS Fluent und Open FOAM.
Mithilfe eines Netzes von Millionen von Zellen innerhalb des Wasservolumens eines Wärmespeichers untersuchen wir bspw. das Strömungsverhalten bei der Be- und Entladung. Auch die Dimensionierung der Beladeeinheit (Diffusoren) können wir mithilfe der Modelle betrachten.

CFD-Simulation von Temperaturschichtung und -strömung in einem Wärmespeicher (im Querschnitt dargestellt)

Finite Elemente Simulation

In Berechnungen mit der Software FEFLOW (Finite Element subsurface FLOW system), untersuchen wir bspw. den Einfluss eines Wärmespeichers auf das umgebende Erdreich mit seinen spezifischen Eigenschaften.

Welche Art und Menge an Wärmedämmung optimal um das Bauwerk herum geplant wird und welche Wärmeverluste sich damit ergeben, berechnen wir ebenfalls.

In FEFLOW simulierte Erwärmung des Erdreichs angrenzend an einen Erdbecken-Wärmespeicher

Gekoppelter Wärme- und Stofftransport in porösen Medien

Für Fragestellungen zum Wasserdampfdurchgang durch die Abdeckung von Erdbecken-Wärmespeichern und der optimalen Ausführung der Wärmedämmschichten mit verschiedenen Materialien verwenden wir Dumux.

Die Modelle für diese Anwendung entwickeln und validieren wir aktuell.

Mit Dumux simulierte Temperaturverteilung innerhalb einer Schaumglasschotter-Dämmschicht (im Querschnitt dargestellt)