Entwicklung eines mathematischen Modells zur Druckverlustberechnung von CO2-Löschanlagen mit instationärem Strömungsverhalten

Abstract

Bei der Bachelorarbeit mit dem Titel ‘Entwicklung eines mathematischen Modells zur Druckverlustberechnung von CO2-Löschanlagen mit instationärem Strömungsverhalten’ handelt es sich um ein Modell zur Druckverlustberechnung. Dieses mathematische Modell ist Teil eines Auslegungs- und Berechnungsprogramms für CO2-Löschanlagen der Minimax GmbH & Co. KG. Das vorhandene Programm ist für das Betriebssystem MS-DOS programmiert worden. Dieses Auslegungs- und Berechnungsprogramm soll im Rahmen einer Zertifizierung für CO2-Löschanlagen durch den Verband der Sachversicherer (VdS) erneuert werden. Dabei soll das mathematische Modell den Druckverlust nach den Richtlinien VdS 2093 und NFPA 12 berechnen können. Die Umsetzung dieses Berechnungsmodells erfolgt in der Excel-Programmiersprache VBA. Für die Überarbeitung und einer richtlinienkonformen Entwicklung des Modells der Druckverlustberechnung werden der Quellcode aus dem MS-DOS Programm und Vorgaben aus den Richtlinien verwendet. Für das mathematische Modell sind zunächst CO2-Stoffdaten zu berechnen. Die Berechnung dieser Stoffdaten erfolgt über schon vorhandene Näherungen aus dem Quellcode, Modelle oder Gleichungen aus der Literatur oder selbsterstellte Näherungen auf Basis von realen Stoffdaten. Die ermittelten Stoffdaten und ihre dazugehörigen Formeln und Näherungen werden mit realen Stoffdaten aus der Literatur validiert. Die Validierung dient der Garantie, der genauen Wiedergabe des physikalischen Verhaltens des CO2. Nach der Validierung und Auswahl der geeigneten Formeln oder Näherungen wird der Druckverlust über ein Rohr beispielhaft nach beiden Richtlinien berechnet. Damit die Ergebnisse der Berechnung einer erstellten CO2-Testlöschanlage mit den vorhandenen Auslegungs- und Berechnungsprogrammen verglichen und bewertet werden können, wird auch das Berechnungsmodell des MS-DOS Programms in VBA übernommen. Mit diesen drei Modellen zur Druckverlustberechnung, MS-DOS, VdS und NFPA, wird diese CO2-Löschanlage beispielhaft berechnet. Die ermittelten Ergebnisse werden in einem Diagramm gegenübergestellt und bewertet. Die Druckverläufe vom VdS-Programm und dem MS-DOS Programm von Minimax, zur Berechnung von Druckverlusten in CO2-Löschanlagen, unterscheiden sich sowohl im Verhalten innerhalb des Rohrsystems als auch in der Höhe des berechneten Druckverlustes. Die Druckverläufe vom MS-DOS Programm und der gleichen Berechnungsmethode in VBA unterscheiden sich nur gering. Dies ist auf die Berechnungsgenauigkeit zurückzuführen. Verglichen mit dieser Ausgangslage sind die Ergebnisse des erstellten Modells zur Druckverlustberechnung nach VdS 2093 mit dem Druckverlauf des MS-DOS Programms kompatibel. Der Druckverlust des VdS konformen Modells ist allerdings geringer als der des MS-DOS Programms. Genauere Vergleiche zum mathematischen Modell nach NFPA 12 können nicht gezogen werden, da hier andere Startbedingungen und keine Vergleichsergebnisse vorliegen. Allerdings ist der Druckverlauf der errechneten Ergebnisse mit dem Verlauf des VdS-Programms nahezu identisch. Aufgrund des Unterschiedes im Druckverlauf und -verlust des erstellten Modells nach VdS 2093 gegenüber dem VdS-Programm kann anhand der Testberechnung abgeleitet werden, dass das entwickelte Modell eine geringere Maximallänge eines Rohrnetzes berechnen kann als das Berechnungsprogramm der VdS. Im Ausblick auf die Zukunft des entwickelten Modells stehen die Übersetzung in die Programmiersprache C++ und die anschließende Verwendung im neuen Berechnungsprogramm für CO2-Löschanlagen im MX-Design Manager.