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Netzverlauf-Optimierung

Wenn Sie einen Leitungsverlauf mit dem MST-Werkzeug (Minimum Spanning Tree, minimaler Spannbaum) erzeugen, verbindet TESSA alle Gebäude mit der kürzesten Gesamtleitungslänge. Das ist schnell und erzeugt immer einen zusammenhängenden Baum, ist aber möglicherweise nicht das günstigste Netz für Bau oder Betrieb: Ein kurzer Umweg durch einen bestehenden Strassenkorridor kann manchmal die zusätzliche Länge wert sein, und ein Verlauf, der die Kosten minimiert, kann sich von einem unterscheiden, der die Wärmeverluste minimiert.

Das Werkzeug Optimise layout ermöglicht es Ihnen, den Verlauf mit einer kostenbewussten Zielfunktion neu zu berechnen.

Wie der standardmässige MST-Verlauf funktioniert

Der Standard-Verlaufsalgorithmus:

  1. Nimmt die möglichen Leitungsrouten (Strassen oder geradlinige Verbindungen, je nach Ihren Einstellungen) und bildet eine Distanzmatrix zwischen allen potenziellen Verbindungspunkten.
  2. Berechnet den minimalen Spannbaum — den zusammenhängenden Teilgraphen mit dem minimalen Gesamtkantengewicht (Distanz).
  3. Führt die Leitungen entlang dieser Kanten und hängt Gebäude-Übergabestationen als Blätter an.

Das Ergebnis ist das Baumnetz mit der kürzesten Länge. Es ist immer zusammenhängend, enthält nie Schleifen und lässt sich schnell berechnen.

Der Optimierungsalgorithmus

Das Werkzeug Optimise layout wendet oberhalb des MST eine heuristische Verfeinerungsschleife an. Es funktioniert, indem es die Kantenlängen in der Distanzmatrix zufällig stört und den MST neu berechnet, wobei bei jeder Iteration geprüft wird, ob der neue Verlauf das gewählte Ziel verbessert.

flowchart TD A["Start: initialer MST-Verlauf"] --> B["Kantenlängen stören<br/>in der Distanzmatrix"] B --> C["MST neu berechnen"] C --> D["Zielfunktion auswerten<br/>(cost / heat_total / heat_loss)"] D --> E{"Verbessert?"} E -->|"Ja"| F["Neuen Verlauf annehmen<br/>als aktuell besten"] E -->|"Nein"| G["Störung verwerfen"] F --> H{"Konvergiert oder<br/>max. Iterationen?"} G --> H H -->|"Nein"| B H -->|"Ja"| I["Besten Verlauf zurückgeben"] classDef step fill:#fff3e0,stroke:#ED6000,stroke-width:1.5px,color:#bf360c classDef decision fill:#bbdefb,stroke:#0d47a1,stroke-width:1.5px,color:#0d47a1 classDef terminal fill:#c8e6c9,stroke:#2e7d32,stroke-width:1.5px,color:#1b5e20 class A,B,C,D,F,G,I step class E,H decision

Bei jedem Kandidatenverlauf führt das Werkzeug den vollständigen Ablauf aus Leitungsdimensionierung und Simulation (einschliesslich DNCosts) aus, um das Ziel zu berechnen. Dies bedeutet, dass jede Iteration langsamer ist als ein einfacher MST, aber das Ergebnis ist im tatsächlichen Kostenmodell verankert.

Optimierungsziele

Ziel Was es minimiert Wann verwenden
cost Gesamte Leitungsinvestitionskosten (Installation + Material, aus der Kostentabelle) Am häufigsten; minimiert CAPEX
heat_total Gesamte durch das Netz transportierte Wärme Minimiert über lange Distanzen transportierte Wärme
heat_loss Gesamte thermische Verluste entlang der Leitungen Nützlich, wenn die Verlustreduktion Priorität hat (z. B. hohe Vorlauftemperaturen oder lange Routen)

Das Ziel cost ist üblicherweise die richtige Wahl. heat_loss ist einen Versuch wert, wenn die Vorlauftemperatur hoch ist und sich das Netz über ein grosses Gebiet erstreckt.

Wann die Optimierung verwenden

Das Optimierungswerkzeug läuft deutlich länger als das MST-Werkzeug — jede Iteration dimensioniert und simuliert das Netz neu. Für ein Quartier mit Hunderten von Gebäuden kann es mehrere Minuten dauern.

Verwenden Sie es, wenn:

  • Der anfängliche MST-Verlauf so aussieht, als nehme er unnötig lange Routen.
  • Sie Ausschlusszonen definiert haben und die kostengünstigste Route um sie herum finden möchten.
  • Sie überprüfen möchten, ob der MST-Verlauf nahezu optimal ist, bevor Sie das Design abschliessen.

Für einen schnellen ersten Entwurf ist der standardmässige MST-Verlauf in der Regel ausreichend.

Ausschlusszonen

Wie das MST-Werkzeug berücksichtigt auch der Optimierer Ausschlusszonen — Gebiete, in denen keine Leitungen verlegt werden können. Definieren Sie Ausschlusszonen im Editor der Studiengebietsebene, bevor Sie eines der beiden Werkzeuge ausführen.

Nächste Schritte