Arbeitspaket 1: Praxiswirksame Aufbereitung von Unsicherheitsanalysen
Neuigkeiten
Dezember 2024
Für die Simulation von Erdwärmesondenanlagen sind eine Vielzahl von Parametern notwendig, um die realen Gegebenheiten adäquat abzubilden. Im Sinne einer für die Praxis anwendbaren Unsicherheitsanalyse ergibt sich die Notwendigkeit, eine Auswahl der wichtigsten Parameter vorzunehmen. Damit können die benötigten Rechenkapazitäten und die Vielzahl von z..T. schwierigen Definition von Parameterverteilungen reduziert werden. Basierend auf den Ergebnissen des Vorgängerprojektes EASyQuart ist ein umfassender Workflow für eine Sensitivitäts- und Unsicherheitsanalyse bestehend aus Teilmodellen zur Bestimmung des gebäudeseitigen Wärmeenergiebedarfs, des initialen Temperaturfeldes und schlussendlich der Erdwärmesondenanlage entwickelt wurden. Im ersten Schritt wird eine detaillierte globale Sensititvitätsanalyse durchgeführt, um daraus ein umfassendes Systemverständis sowie allgemeingültige Empfehlungen für die begrenzte Parameterauswahl abzuleiten. Für diese ist ein symmetrisches Modell mit 4 Sonden, 15 Gesteinsschichten a 10m und Grundwasserfluss entworfen worden. Aufgrund der Symmertrie ist es ausreichend, ein numerisches Modell mit nur 2 Sonden zu rechnen.
August 2024
Die Praxiswirksamkeit von Unsicherheitsanalysen hängt größtenteils von den notwendigen Berechnungskapazitäten ab, welche bereits die Untersuchungen im Vorgängerprojekt limitierten (Richter et al., 2024). Der entscheidende Faktor zur Reduktion der Berechnungslast liegt in der Beschleunigung der OpenSourceSoftware OpenGeoSys (OGS). Im Vergleich zum kommerziellen Konkurenten Feflow benötigt OGS deutlich länger für die Simulation, jedoch weisen die Lösungen eine höhere Genauigkeit auf (Randow et al., 2022). Basierend auf Vorarbeiten des UFZ, ist eine neue Methode zur Einbringung algebraischer Randbedingungen durch HTWK und UFZ entwickelt und in OGS implementiert worden. Bisher sind die algebraischen Randbedingungen über ein iteratives Verfahren eingebracht worden. Die neue Methode erweitert die Systemmatrix um die algebraischen Randbedingungen, d.h. ergänzen einer Zeile und Skalierung dieser mit einem Wichtungsfaktor w - siehe folgende Abbildung.
Die neue Systemmatrix A' weist eine rechteckige Form auf, jedoch können in OGS derzeitg nur Gleichungsysteme mit Systemmatrizen quadratischer Form gelöst werden. Daher wird das Gleichungssystem mittels Multiplikation mit der transponierten Systemmatrix A in die für OGS lösbare Form überführt, jedoch auf Kosten sehr geringer Einbußen bei der Berechnungsgenauigkeit. Damit genügt es, dass neue Gleichungssystem pro Zeitschritt nur einmal zu lösen, sodass das aufgrund des iterativen Verfahrens notwendige vielfache Lösen des Gleichungssystems eingespart wird. Die erzielte Beschleunigung ist für den BeierSandbox-Bechmark sowohl für die Vorgabe einer Temperatur (T) als auch für die Vorgabe einer Leistung (P) in der folgenden Abbildung dargestellt.
April 2024
Die Simulation des Untergrundes mit Erdwärmesonden unter Verwendung des FEM-Programms OpenGeoSys (OGS) ist gekennzeichnet durch die Phasen des Pre- und Postprocessings. Diese sind für die praxiswirksame Durchführung von Unsicherheitsanalysen in einem hohen Maße zu automatisieren, müssen dabei jedoch für alle denkbaren Szenarien so flexibel wie möglich bleiben. Ein wichtiger Schritt im Preprocessing ist die Vernetzung, welche derzeitig für die Verwendung mit OGS immer händisch durch den jeweiligen Modellierer erfolgt. Im Vorgängerprojekt ist bereits eine automatisierte Vernetzung programmiert wurden, welche jedoch nur auf den speziellen Anwendungsfall des dort untersuchten Modells anwendbar ist.
Daher ist eine flexible und automatisierte Vernetzung von Untergrundgebieten mit Erdwärmesonden zur Verwendung mit OGS basierend auf gmsh in Python entwickelt worden. Das Tool ist innerhalb der Python-Bibliothek ogstools verfügbar, auf deren Website ein ausführliches Beispiel zur Verwendung des Tools zu finden ist. Dabei können unterschiedliche Anzahlen an Erdwärmesonden, Gesteinsschichten und Grundwasserleitern schnell und einfach vernetzt werden. Es wurde versucht, geologische Zusammenhänge zu berücksichtigen: Beispielsweise wird der Grundwasserleiter durch die Angabe des Grundwasserstandes, den Grundwasserhemmer und die Fließrichtung bestimmt. Außerdem werden zwei Arten von Vernetzung unterstüzt, eine semistrukturierte und eine unstrukturierte.
