Proceedings of the 19th International Symposium on District Heating and Cooling
The International Research Conference on Heating and Cooling Networks—Under the Supervision of IEA DHC
- Open Access
- 2026
- Open Access
- Buch
- Herausgegeben von
- Dirk Vanhoudt
- Buchreihe
- Lecture Notes in Networks and Systems
- Verlag
- Springer Nature Switzerland
Über dieses Buch
Dieses Open-Access-Buch ist eine Sammlung ausgewählter Aufsätze zu Themen, die auf dem 19. Internationalen Symposium für Fernwärme und -kühlung in Genk, Belgien, vorgestellt wurden. Es gibt Einblicke in einige der relevantesten und aktuellsten Erkenntnisse im Bereich Fernwärme und -kühlung. Die Arbeiten wurden in einem einzigen blinden Verfahren vom wissenschaftlichen Ausschuss der Konferenzen überprüft, um einen hohen wissenschaftlichen Standard zu erfüllen.
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Über dieses Buch
This open access book is a collection of select papers on topics presented at the 19th International Symposium of District Heating and Cooling in Genk, Belgium. It provides insight into some of the most relevant and current findings in the field of district heating and cooling. The papers were reviewed in a single blind process by the conferences Scientific Committee to fulfil a high scientific standard.
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Inhaltsverzeichnis
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Modeling with the 223P Ontology and Adaptation for Optimized DHC Operation
- Open Access
PDF-Version jetzt herunterladenDas Kapitel untersucht die entscheidende Rolle von Ontologien bei der Optimierung des Fernwärme- und -kältebetriebs (DHC) und konzentriert sich dabei auf die 223P-Ontologie und ihre Erweiterung für verbesserte Funktionalität. Zunächst werden die Herausforderungen skizziert, vor denen DHC-Netzwerke stehen, darunter die Notwendigkeit einer klimaneutralen Erzeugung, effizienter operativer Strategien und dezentraler Energieeinspeisung. Das Kapitel untersucht dann die Grenzen bestehender Ontologien und Datenmodelle und unterstreicht die Bedeutung eines einheitlichen Standards für die Datenintegration. Die Autoren schlagen eine Erweiterung der 223P-Ontologie vor, die speziell auf die besonderen Anforderungen des DHC-Sektors zugeschnitten ist. Diese als MOP (Model for Operational Planning) bekannte Erweiterung führt neue Klassen und Eigenschaften ein, um thermohydraulische Simulationsmodelle, geografische Referenzen, optimierten Betrieb und die Planung der Wärmeerzeugung zu unterstützen. Das Kapitel behandelt auch die Integration von Zeitreihendaten, die für die Implementierung von Algorithmen in verschiedenen Anwendungsfällen von entscheidender Bedeutung ist. Die praktische Anwendung der MOP-Erweiterung wird durch zwei Forschungsprojekte demonstriert: SimKI-Mopp und 3SmartFW. Diese Projekte zeigen, dass die Erweiterung in der Lage ist, Fernwärmenetze zu optimieren und Lecks in Echtzeit zu erkennen. Das Kapitel schließt mit der Betonung der Notwendigkeit weiterer Forschung und des Aufbaus von Gemeinschaften, um eine standardisierte Ontologie für den DHC-Sektor zu etablieren, und hebt das Potenzial der 223P-Erweiterung als Grundlage für zukünftige Entwicklungen hervor.KI-Generiert
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AbstractDistrict heating and cooling (DHC) offers great potential for efficient, cost-effective and flexible large-scale use of low-carbon energy in the building sector. However reaching Net Zero Emissions by 2050 requires significant efforts to rapidly improve the energy efficiency of existing networks, switch them to renewable heat sources, integrate secondary heat sources and to develop new high-efficiency infrastructure. A critical factor for reaching these goals is the digitalization of these systems to access new tools like the identification of problematic consumer substations, predictive maintenance, optimized heat production, evaluation of potential extensions and efficient sector coupling. This paper proposes an extension of the emerging ASHRAE 223P standard for machine-readable semantic frameworks representing building automation and control data, and other building system information to DHC networks. it is validated through two use cases in two distinct research projects. The adapted 223P ontology could be a starting point for the development of a standard data model of DHC networks. -
Optimizing a Multi-vector Energy System with Geothermal-Powered District Heating
- Open Access
PDF-Version jetzt herunterladenDieses Kapitel untersucht die Optimierung von Multi-Vektor-Energiesystemen mit einem Schwerpunkt auf geothermisch betriebenen Fernwärmenetzen (DHNs). Die Studie zielt darauf ab, die Umstellung von fossilen Brennstoffen auf erneuerbare Energiequellen wie Erdwärme zu beschleunigen, um bis 2050 Netto-Null-Emissionen zu erreichen. Es integriert zentralisierte und dezentrale Lösungen, um die Flexibilität, Widerstandsfähigkeit und Effizienz des Systems zu verbessern. Die Forschung verwendet ein Mixed-Integer Linear Programming (MILP) -Modell, das mit Gurobi gelöst wurde, um Schlüsselentscheidungen wie DHN-Bereitstellung, Technologieauswahl und nichtlineare Rohrkostenmodellierung zu optimieren. Die Fallstudie bezieht sich auf einen Gebäudebestand in Belgien, wo der optimale Energiemix zentralisierte und dezentrale Technologien kombiniert, darunter eine geothermische Wärmepumpe, Wärmespeicher und verschiedene dezentrale Systeme. Die Ergebnisse zeigen, dass ein Niedrigtemperatur-DHN mit Wärmetauschern und einem erheblichen Anteil dezentraler Systeme wirtschaftlich rentabel sein kann. Die Studie unterstreicht auch die Bedeutung der Erfassung von Interdependenzen und Beschränkungen sowohl im Wärme- als auch im Elektrizitätsbereich sowie die Notwendigkeit weiterer Arbeiten im Bereich des Kühlbedarfs und der Modellierung elektrischer Netze.KI-Generiert
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AbstractThis paper investigates optimal configurations for multi-vector energy systems, with a focus on low-temperature district heating networks (DHNs) powered by shallow geothermal energy. The system takes into account natural ground regeneration during heat extraction, which prevents borehole freezing and maintains efficiency. The study examines the balance between centralized and decentralized heat production while ensuring fair thermal energy distribution among buildings. The DHN model accounts for heat losses and inter-building distances, with a piecewise linear method used to represent pipe costs. The optimization framework evaluates both building-scale and district-scale solutions, considering various technologies, ground constraints, and temperature levels. The Renewable Energy Hub Optimizer (REHO) is employed as a basis to determine the optimal design and operation of these energy systems [7]. The case study focuses on a building stock in Belgium, incorporating building-level demands for space heating and electricity. -
Design Optimization of District Heating Networks with Thermal-Hydraulic Validation
- Open Access
PDF-Version jetzt herunterladenDieses Kapitel untersucht die Optimierung von Fernwärmenetzen, wobei der Schwerpunkt auf der Integration thermisch-hydraulischer Validierung liegt, um die Betriebsfähigkeit sicherzustellen. Die Methodik verwendet Mixed Integer Linear Programming (MILP) -Optimierung in Verbindung mit einem thermisch-hydraulischen Simulator, um die Netzwerkdesigns iterativ zu verfeinern. Schlüsselthemen sind die Formulierung des Optimierungsproblems, die Reduzierung der Komplexität von Diagrammen und die Berücksichtigung mehrerer Szenarien für Produktion und Verbrauch. Das Kapitel diskutiert auch die der Optimierung zugrunde liegenden wirtschaftlichen Hypothesen, einschließlich der Installationskosten für Produktionsanlagen und Verbraucher. Eine Fallstudie einer mittelgroßen Stadt in Südostfrankreich veranschaulicht die Anwendung der Methodik, wobei die Ergebnisse die Zielkonflikte zwischen verschiedenen Optimierungszielen aufzeigen. Das Kapitel schließt mit Einsichten in die Wichtigkeit des Optimierungsziels und die Fähigkeit des Ansatzes, diese Zielkonflikte effektiv zu handhaben.KI-Generiert
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AbstractDistrict heating networks (DHNs) are key to energy transition strategies, offering cost-efficient, reliable and sustainable thermal energy distribution. However, obtaining realistic and efficient designs in dense urban environments is a demanding task. Critical factors like optional user connections, field constraints, multiple production scenarios, and thermal-hydraulic viability are often overlooked in typical engineering approaches. To overcome these limitations, a planning tool integrating graph theory, mathematical optimization, and thermal-hydraulic simulations was developed. The problem is solved through selecting consumers from prospects and computing optimal layouts, pipe diameters, and consolidated costs. Flow velocity regimes, demand diversity and temperature regimes at substations are included. A thermal-hydraulic simulator concurrently validates performance for considered scenarios. A realistic design case based on available data is presented, exhibiting in particular the impact of the chosen maximisation objective on results. -
Large-Scale Solar Thermal Systems in District Heating Networks: A Review of German Projects Regarding Dimensioning, Temperatures and Stagnation Times
- Open Access
PDF-Version jetzt herunterladenDieses Kapitel untersucht das Potenzial großflächiger solarer Fernwärmesysteme zur Dekarbonisierung des Wärmesektors, wobei der Schwerpunkt auf deutschen Projekten liegt. Sie untersucht die Dimensionierung von SDH-Systemen und untersucht Netzwerktemperaturen, Solaranteile und Stagnationsereignisse. Die Analyse zeigt, dass die meisten Sommertemperaturen in SDH-Systemen zwischen 70 und 80 ° C liegen, während die Wintertemperaturen höher sind und häufig über 80 ° C liegen. Die Studie unterstreicht auch den Zusammenhang zwischen Sonnenfraktionen und Stagnationstagen, wobei Systeme, die etwa 20% Sonnenfraktionen erreichen, jährlich bis zu 50 Stagnationstage erleben. Das Kapitel schließt mit der Betonung der Notwendigkeit wirksamer Strategien zur Abmilderung der Stagnation, wie etwa größerer Lagervolumina und fortschrittlicher Kontrollstrategien, um die Leistung von SDH-Systemen zu optimieren. Darüber hinaus werden die potenziellen Kosteneinsparungen und die Risikominderung diskutiert, die mit der Verwendung von weniger temperaturstabilen Materialien im Solarkreislauf verbunden sind. Das Kapitel bietet einen detaillierten Überblick über den aktuellen Status und die zukünftigen Aussichten großer SDH-Netzwerke in Deutschland und ist daher eine wichtige Lektüre für Fachleute aus den Bereichen Energie und erneuerbare Energien.KI-Generiert
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AbstractThe district heating sector in Germany needs to be supplied increasingly from renewable sources. Large-scale solar thermal systems can make a significant contribution to this process. The paper analyzes 38 concepts of feasibility studies as well as 30 realized systems by investigating relevant designing parameters. Network supply temperatures of around 75 °C and 80 °C are very common for the feed-in of solar thermal energy. The achievable solar fraction is strongly dependent on the storage capacity. A doubling of solar fraction typically requires a tenfold increase in storage volume. The installed storage capacity is often smaller than 100 l/m2. Large seasonal storages, as usual in Denmark, are very seldom in Germany so far. Thus, stagnation events become more relevant in large-scale systems, as we report from the realized projects. Systems with solar fractions of around 20%, which are typical for district heating networks especially in countryside regions, achieve up to 50 stagnation days per year, a representative stagnation day is analyzed for one monitored system. Finally, the paper addresses possible causes of stagnation and discusses a prevention strategy by using heat pipe collectors with inherent temperature limitation. -
Enabling Data Economy for DHC Applications Through Dataspaces
- Open Access
PDF-Version jetzt herunterladenDieses Kapitel untersucht das transformative Potenzial von Datenräumen für Fernwärme- und Fernkälteanwendungen (DHC) und zeigt auf, wie sie eine Datenwirtschaft erleichtern können. Er beginnt mit einer Skizze der Chancen, die eine Datenwirtschaft für DHC bietet, einschließlich verbesserter betrieblicher Effizienz, verringerter Nutzung fossiler Brennstoffe und neuer Geschäftsmodelle. Der Text identifiziert dann die wichtigsten Hindernisse für den Datenzugriff und die Interoperabilität und kategorisiert sie in technische, organisatorische und regulatorische Herausforderungen. Als Lösung für diese Barrieren wird das Konzept der Dataspaces eingeführt, wobei der Schwerpunkt auf ihrer Fähigkeit liegt, einen sicheren, standardisierten und datenschutzerhaltenden Datenaustausch zu ermöglichen. In diesem Kapitel werden drei Anwendungsfälle vorgestellt, die die Vorteile von Datenpaketen für DHC aufzeigen, darunter die Verbesserung der betrieblichen Effizienz durch Echtzeit-Kundendaten, die Marktliberalisierung für DHC-Software und der Zugang Dritter zur Wärmeversorgung. Diese Anwendungsfälle veranschaulichen, wie Dataspaces dazu beitragen können, Herausforderungen der Digitalisierung zu bewältigen und neue Werte im DHC-Sektor zu erschließen. Das Kapitel schließt mit der Betonung der Rolle von Dataspaces bei der Beseitigung zentraler Hindernisse für eine Datenwirtschaft im DHC und der Unterstützung der Energiewende.KI-Generiert
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AbstractDigitalization enables innovative applications in district heating and cooling (DHC), supporting decarbonization and sector integration. These applications rely heavily on data, making the shift toward a data economy a logical next step. A data economy would let stakeholders collect, share, and monetize data, encouraging sustainable innovation. However, limited data availability, interoperability challenges, and unclear business models present key barriers. A potential solution may be dataspaces, which promote collaboration, innovation, and regulatory compliance while protecting sensitive data. This study presents DHC use cases showing how dataspaces can enhance operational flexibility, improve interoperability, and unlock new business value, offering a path to overcome digitalization challenges in the DHC sector. -
Mitigating the Grid Impact of Electrifying Heat: A Case Study Using Solar and Thermal Storage to Achieve a Net-Zero Emission Campus
- Open Access
PDF-Version jetzt herunterladenDiese Studie untersucht das Potenzial der Integration von Solar- und Wärmespeichertechnologien, um Netto-Null-Emissionen an den Universitäten zu erreichen, wobei der Schwerpunkt auf den Auswirkungen auf die Stromnachfrage und die Landnutzung liegt. Anhand einer simulationsbasierten Fallstudie eines Campus der US-Bundesregierung in Ontario, Kanada, werden verschiedene Szenarien untersucht, die Photovoltaik (PV) und Solarthermie, Wärmespeicherung und Fernwärmesysteme umfassen. Die Studie unterstreicht, wie wichtig es ist, nicht nur den Energieverbrauch, sondern auch die Spitzennachfrage und die Landnutzung bei der Gestaltung von Netto-Null-Emissionen-Campus zu berücksichtigen. Die Ergebnisse zeigen, dass Solarenergiesysteme in Kombination mit Wärmespeichern den gesamten Stromspitzen-Bedarf effektiv abmildern und gleichzeitig Netto-Null-Emissionen erreichen können. Die Analyse zeigt die Zielkonflikte zwischen verschiedenen Technologien wie Bohrlochwärmespeicherung (BTES) und Grubenwärmespeicherung (PTES) und ihre jeweiligen Auswirkungen auf Landnutzung und Energieeffizienz auf. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass es mehrere Wege gibt, um einen Nettonull-Campus zu erreichen, und dass die Wahl der Technologie auf bestimmte Prioritäten zugeschnitten sein sollte, wie die Minimierung des Strombedarfs oder die Optimierung der Landnutzung.KI-Generiert
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AbstractThis study investigates the technical feasibility of achieving carbon neutrality in campus heating through integration of on-site PV or solar thermal and thermal storage systems. Using a simulation case study based on a real, federally owned campus in Ontario, Canada, various scenarios were explored to assess their potential to meet Canadian 2050 net-zero emission targets while minimizing electrical demand. Results indicate that multiple scenarios employing a combination of PV, solar thermal, BTES, and PTES on a district energy system can achieve carbon neutrality. However, variations in annual consumption, peak demand, and land use highlight the trade-offs that exist in evaluating the feasibility of net-zero emission campuses. -
Natural Circulation and Other Measures to Ensure Heating Supply to Buildings Connected to District Heating in the Event of Electrical Grid Blackout
- Open Access
PDF-Version jetzt herunterladenDieses Kapitel untersucht die kritische Frage der Aufrechterhaltung der Wärmeversorgung in Gebäuden, die an Fernwärme angeschlossen sind, während Stromausfällen. Die Studie untersucht die Machbarkeit einer natürlichen Zirkulation für die Wärmeübertragung in Pumpen betriebenen Heizsystemen und betont die Bedeutung der Sicherung von Reservestrom für Fernwärmeverteilungsnetze. Anhand von Feldversuchen in einem fünfstöckigen Mehrfamilienhaus und einem zweistöckigen Kindergarten in Tallinn wird die Wirksamkeit der natürlichen Zirkulation unter verschiedenen Bedingungen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die natürliche Zirkulation zwar eine begrenzte Wärmerückgewinnung ermöglichen kann, aber nicht ausreicht, um eine zuverlässige Wärmeabgabe ohne Systemanpassungen zu gewährleisten. Das Kapitel untersucht auch alternative Lösungen für den Betrieb von Heizkraftwerken bei Stromausfällen und betont die Notwendigkeit proaktiver Maßnahmen zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit von Fernwärmesystemen. Praktische Empfehlungen umfassen die Ermöglichung von Generatoranschlüssen an Heizungsstationen, die Modernisierung veralteter Geräte und die Verbesserung der Gebäudedämmung. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass kostengünstige Investitionen in Reserveenergie und Effizienzsteigerungen unverzichtbar sind, um die wachsenden Herausforderungen der Energiesicherheit in Fernwärmenetzen zu bewältigen.KI-Generiert
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AbstractThe increasing frequency of power outages, caused by severe weather events and the synchronization of the Baltic electricity grid with continental Europe, highlights the need for energy supply security. This is especially critical for residential buildings dependent on district heating (DH), which serves approximately 70% of apartment buildings in Estonia and over 80% in several Nordic cities. While cogeneration plants could provide DH network with heat by switching to “island mode” during blackouts, residential buildings typically lack backup generators, posing risks to uninterrupted heat supply. Research from Sweden found that natural circulation will occur in buildings’ heating systems, allowing limited heat distribution during power outages. The present study aims to validate and assess the reproducibility of these findings under Estonian building conditions. Two field tests were conducted based on the hypothesis that natural circulation will occur if the temperature difference between the secondary circuit’s supply and return water is sufficient. Results show that natural circulation can occur if primary valves remain open and sufficient temperature differences exist. Tests show other measures are needed to transfer heat from DH network to buildings during electrical grid blackout. This research proposes practical recommendations to support DH utilities and building owners in enhancing system resilience during blackouts. -
Feasibility Assessment Tool for District Heating and Cooling (FAST DHC): A Simple Decision Support Tool for the Techno-Economic Evaluation of DHC Networks
- Open Access
PDF-Version jetzt herunterladenDas Kapitel stellt das Feasibility Assessment Tool für Fernwärme und Fernkühlung (FAST DHC) vor, ein webbasiertes Entscheidungshilfetool, das die techno-ökonomische Leistung von Fernwärme- und Fernkältenetzen (DHC) bewerten soll. Das Tool vergleicht traditionelle Fernwärmesysteme der vierten Generation (4GDH), Wärmequellennetzwerke (TSNs) und individuelle Heiz- und Kühllösungen, um frühzeitige Entscheidungen mit minimalem Anwendereinsatz zu unterstützen. Zu den Schlüsselthemen zählen die modulare Struktur des Tools, die Ansätze zur Modellierung der Nachfrage- und Angebotsseite sowie die Datenbank technologischer Komponenten. Das Kapitel präsentiert auch eine Fallstudienvalidierung, die die Fähigkeit des Werkzeugs demonstriert, detaillierte Machbarkeitsstudien mit akzeptabler Genauigkeit zu replizieren. Das FAST-DHC-Tool soll im Sommer 2025 auf den Markt kommen und eine schnelle und zuverlässige Vor-Machbarkeitsbewertung für Fachleute aus den Bereichen Energie und Stadtentwicklung bieten.KI-Generiert
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AbstractThe Feasibility Assessment Tool for District Heating and Cooling (FAST DHC) project, funded through the IEA DHC Annex XIV, aims to develop and demonstrate a simple, freely available, web-based decision support tool for the techno-economic performance evaluation of 4th generation district heating (4GDH) and thermal source networks (TSNs), whilst also enabling their comparison to individual heating and cooling (H&C) solutions. The TSN concept is in its early stage of development and there is a lack of understanding of its relative merits against traditional DHC concepts, i.e. how do 4G and TSN systems compare and what are their competitive advantages to individual H&C systems. The FAST DHC tool will enable users (e.g. local authorities, designers and energy planners) to perform early-stage feasibility studies and easily compare the potential benefits of the latest DHC typologies, providing greater clarity on how/where each system may be best applied. The aim of the tool is to assist the development of the DHC sector by equipping users with a reliable initial estimate of proper system setup, therefore maximising benefits to DHC developers, operators and end users. This paper introduces the FAST DHC tool, describing its design and functionalities, and provides the results from a case study where the FAST DHC tool has been compared to a commercial tool for the techno-economic modelling of DHC systems. -
Testing Dynamic Sector-Coupled Operation in a District Energy Laboratory
- Open Access
PDF-Version jetzt herunterladenDieses Kapitel vertieft das Konzept der Sektorkopplung und konzentriert sich auf die Integration der Strom- und Wärmesektoren zur Steigerung der Energieeffizienz und Flexibilität. Es betont die Notwendigkeit fortschrittlicher Testeinrichtungen zur Unterstützung der Entwicklung intelligenter Fernwärme- und Kältesysteme (DHC). Die SYSLAB-Anlage an der DTU wird als Paradebeispiel präsentiert, das seine Fähigkeiten durch drei Stufen von Systemkomplexitätstests unter Beweis stellt: stationäre Charakterisierung, dynamischer Betrieb im geschlossenen Kreislauf und ein Fall für die Energiegemeinschaft. Die stationären Charakterisierungstests ermitteln die physikalischen Eigenschaften des Fernwärmenetzes, während die dynamischen Betriebstests im geschlossenen Kreislauf die Automatisierungsschicht validieren. Der Fall der Energiegemeinschaft zeigt ein komplexes Steuerungsszenario mit mehreren Steuerungen. Die Ergebnisse unterstreichen die Machbarkeit und Bedeutung integrierter Tests für dynamische sektorgekoppelte Netze und bieten wertvolle Erkenntnisse für Fachleute im Energiesektor.KI-Generiert
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AbstractThis paper discusses closed-loop dynamic system integration and interoperability testing as crucial tool in the development of sector coupled and smart district heating and cooling (DHC) systems. Sector-coupled test facilities are needed to enable such complex integrated tests across physical, automation and control layers. This paper presents three tests in detail, each representative of experiments addressing different layers of the system: (1) Characterization of physical hardware, (2) validation and calibration of the automation layer, and (3) a more complex application featuring multiple controllers across both domains. The tests, performed at the SYSLAB facility at DTU, demonstrate the feasibility of integrated testing of dynamic sector-coupled grids in operation. -
TFSB as Bedding Material in District Heating Pipe Construction–Scientifically Proven Long-Term Experience
- Open Access
PDF-Version jetzt herunterladenDieses Kapitel vertieft die umfangreichen Forschungsarbeiten und praktischen Anwendungen von temporär fließfähigen, selbstverdichtenden Verfüllmaterialien (TFSB) im Fernwärmeleitungsrohrbau. Es umfasst die potenziellen Kosteneinsparungen von 3,5-16% im Vergleich zu konventionellen Methoden, die technische Eignung des TFSB und seine Einbeziehung in die AGFW-Bestimmungen. Der Text untersucht das langfristige Verhalten des TFSB durch das Bypass-Teilprojekt in Frankfurt, das seit 2015 in Betrieb ist. Es werden die statischen Berechnungsmethoden, in situ Langzeitbelastungstests und die ökologischen Vorteile der Verwendung von TFSB diskutiert. Das Kapitel kommt zu dem Schluss, dass TFSB für den Bau von Fernwärmeleitungen hervorragend geeignet sind, ein erhebliches Optimierungspotenzial bieten und sich an den Anforderungen der Kreislaufwirtschaft orientieren.KI-Generiert
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AbstractFollowing the explanation of the increasing importance of alternative backfill materials like TFSB, TFSB and their status in terms of science and technology are depicted. Selected results of the research project FW-ZFSV 4.0 are presented: computer-aided static calculation, in situ long term loading of district heating pipes in TFSB and sand, quality assurance and resource conservation. The conclusions provide an overall assessment of the use of TFSB in district heating pipe construction. -
Experimental Investigation on the Thermal Conductivity of Alternative Backfill Materials for District Heating Networks
- Open Access
PDF-Version jetzt herunterladenDiese Studie untersucht die Wärmeleitfähigkeit alternativer Verfüllmaterialien für Fernwärmenetze und konzentriert sich dabei auf Recyclingmaterialien wie Bruchbeton und Ziegelmineralien. Die Forschung vergleicht diese nachhaltigen Optionen mit herkömmlichen Sanden und Sand-Kies-Gemischen und bewertet deren thermische Eigenschaften unter unterschiedlichen Feuchtigkeitsbedingungen. Die Untersuchung folgt einer rigorosen Methodik, die Wärmeleitfähigkeitsmessungen und ein Klassifizierungssystem auf Grundlage des Feuchtigkeitsniveaus umfasst, um ein umfassendes Verständnis der Leistungsfähigkeit dieser Materialien zu ermöglichen. Schlüsselergebnisse zeigen, dass Recyclingmaterialien niedrigere Wärmeleitfähigkeiten aufweisen, was unter bestimmten Bedingungen die Wärmeverluste in Fernwärmenetzen verringern könnte. Die Studie unterstreicht auch die Bedeutung der Berücksichtigung von Materialstruktur und Herkunft bei der Beurteilung des thermischen Verhaltens. Darüber hinaus werden in der Studie die ökologischen und technischen Anforderungen für die Umsetzung von Recyclingmaterialien diskutiert und weitere Studien zur Unterstützung einer breiteren Anwendung vorgeschlagen. Diese detaillierte Untersuchung bietet wertvolle Erkenntnisse für Fachleute, die innovative und nachhaltige Lösungen für die Fernwärme-Infrastruktur suchen.KI-Generiert
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AbstractThis study investigates the thermal conductivity of backfill materials for buried bonded pipe systems, with a focus on comparing conventional natural aggregates and recycled alternatives. Three natural and three recycled materials were tested under compacted conditions using a thermal needle probe in accordance with ASTM D5334-22a. Thermal conductivity was continuously recorded and correlated with volumetric water content. A classification methodology based on EN 13,941–1 was developed to assign thermal conductivity values to defined moisture levels (dry, medium, wet). The results show that the investigated natural materials exhibit higher thermal conductivity across all moisture states, while the investigated recycled materials demonstrate significantly lower values. Through this two-fold approach—measurement and classification—representative parameters were derived for future application in heat loss calculations. In addition, the findings could improve the understanding of the thermal interaction between soil and pipe systems, supporting the potential integration of alternative materials into sustainable infrastructure design. -
Achieving Efficient District Heating Targets in a Croatian Network: Heat Source Mapping and Techno-Economic Scenarios Analysis
- Open Access
PDF-Version jetzt herunterladenDieses Kapitel befasst sich mit der Dekarbonisierung von Fernwärmesystemen, wobei der Schwerpunkt auf der Stadt Vukovar in Kroatien liegt. Es untersucht die Kartierung erneuerbarer und Abwärmequellen, die techno-ökonomische Vorabuntersuchung potenzieller Wärmequellen und die Simulation verschiedener Szenarien zur Erreichung effizienter Fernwärmeziele. Die Studie zeigt kostengünstige Wege auf, um bis 2035 einen Anteil von 50% erneuerbarer Energien und Abwärme zu erreichen, und orientiert sich dabei an zukünftigen Effizienzzielen. Die vorgeschlagene Methodik gliedert sich in drei Schritte: Wärmequellenkartierung, techno-ökonomisches Vorscreening und Szenariosimulation. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass eine Kombination aus Solarthermie, Flusswärmepumpen und Wärmespeicherung die kosteneffektivste Lösung für Vukovar ist und einen Anteil erneuerbarer Energien von 53,7% erreicht. Das Kapitel diskutiert auch die wirtschaftliche Analyse verschiedener Wärmequellen-Technologien und die Bedeutung moderner Regelungslösungen für die Verbesserung der Systemleistung.KI-Generiert
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AbstractThis study presents a replicable methodological framework for supporting the decarbonization of district heating (DH) systems, addressing both technical and economic aspects. The approach integrates spatial mapping of renewable energy sources (RES) and waste heat (WH), pre-screening of individual technologies through parametric analyses, and hourly aggregated simulation of decarbonization scenarios. The pre-screening step helps identify promising technologies early on and reduces the number of scenario simulations needed. The aggregated model accounts for temperature-dependent heat losses and dispatch priorities, and is calibrated using real operational data to ensure accurate performance representation. The methodology combines source mapping, technology economic evaluation, and scenario simulation in a structured workflow designed to support early-stage planning and local decision-making in line with the desired decarbonization targets. The methodology is applied to the DH network of Vukovar in Croatia, which is currently reliant on natural gas and features a 3% solar thermal contribution. In 2023, the total heat production of the network amounted to 12.7 GWh. RES and WH options—such as river water, air-source and shallow geothermal heat pumps, supermarket waste heat, and solar thermal—are assessed based on local availability and expected performance. Among the scenarios investigated, the one combining an extension of the solar field size up to 3000 m2, a 1.25 MW river-source heat pump, and a 5 MWh thermal storage unit emerged as the most cost-effective solution capable of achieving the target of a 50% RES + WH share—aligned with the 2035 European definition of Efficient District Heating and Cooling. This scenario also proves to be economically competitive, with a Levelized Cost of Heat (LCOH) below the current district heating tariff. -
Exploiting Synergies of Data-Driven and Model-Based Approaches for Leakage Localization in District Heating Networks: Application of Improved Approaches
- Open Access
PDF-Version jetzt herunterladenDieses Kapitel geht der entscheidenden Aufgabe der Leckortung in Fernwärmenetzen nach und konzentriert sich auf die Synergie zwischen datengetriebenen und modellbasierten Ansätzen. Die Studie bewertet drei Schlüsselmethoden: Pressure Wave Detection (PWD), Model-based State Estimation (MBSE) und Machine Learning (ML). Die Integration eines thermohydraulischen Modells in MBSE erhöht seine Genauigkeit erheblich, während ML von verbesserten Trainingsdaten profitiert. Das Kapitel untersucht auch die Auswirkungen von Synergieeffekten und zeigt, dass die Kombination dieser Ansätze zu einer präziseren und zuverlässigeren Leckortung führen kann. Die Ergebnisse zeigen, dass individuelle Verbesserungen zwar wertvoll sind, das volle Potenzial jedoch in der Optimierung der Interaktion zwischen verschiedenen Methoden liegt. Die Studie schließt mit Empfehlungen für die zukünftige Forschung und betont die Notwendigkeit verfeinerter Strategien zur Nutzung von Synergien und kontinuierlicher Lernansätze.KI-Generiert
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AbstractLeakage detection and localization in District Heating Networks (DHNs) remains critical to maintain operational reliability and minimize economic and energy losses. Three different data-driven and model-based approaches have been proposed to solve this problem and delivered promising results: an approach for detecting and evaluating leakage-induced pressure waves (PWD), a numerical-analytical approach based on a district heating network model (MBSE) and a purely data-driven approach (ML). All these approaches rely on current measurement data from the network, i.e. pressure, flow rate and temperature. These approaches have been continuously improved ever since. The MBSE approach, which was previously based on a purely hydraulic DHN model, has been extended to include the thermal model equations, which allows better consideration of the available temperature measurement data. This temperature measurement data is also used by the ML approach in order to estimate the resulting potential for improvement with better preselections. These approaches are applied to the same historical measurement data of real DHN leakage events used in a previous study to evaluate the performance enhancements. First, the approaches are evaluated independently to quantify their individual improvements. Subsequently, as previously demonstrated, their interoperability is examined to exploit potential synergies to narrow down their search space and effectively locate leakages. The results are compared to the baseline established in the aforementioned study, highlighting the impact of the methodological extensions on the overall leakage localization performance. By combining the refined individual results of the three approaches, this study not only emphasizes the respective strengths of each method, but also underlines the importance of combining their capabilities to achieve a robust and efficient leakage localization framework for DHNs. -
Data-Driven Fault Detection and Diagnosis in District Heating Substations and the Impact of Return Temperature Reduction
- Open Access
PDF-Version jetzt herunterladenDieses Kapitel untersucht den Einsatz von Smart-Meter-Daten zur datengesteuerten Fehlererkennung und -diagnose in Fernwärmeumspannwerken. Sie unterstreicht, wie wichtig es ist, ineffiziente Umspannwerke zu identifizieren, um die Gesamtleistung des Netzes zu verbessern und Energieverluste zu verringern. Der Text diskutiert die Verwendung wichtiger Leistungsindikatoren wie Rücklauftemperatur und Temperaturdifferenz, um abnormales Verhalten in Umspannwerken zu identifizieren. Außerdem werden vier Fehlermuster eingeführt, die Versorgungsunternehmen helfen können, die Fehlerkorrektur zu priorisieren. Das Kapitel schließt mit der Quantifizierung der Auswirkungen der Fehlerminderung durch die Senkung der Rücklauftemperatur und zeigt die potenziellen Energie- und Kosteneinsparungen auf. Darüber hinaus werden die Herausforderungen bei der Umsetzung dieser Erkenntnisse und die Notwendigkeit innovativer Geschäftsmodelle zur Förderung der Kundenzusammenarbeit diskutiert.KI-Generiert
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AbstractReducing return temperatures in district heating (DH) networks is crucial for improving overall efficiency, minimising thermal losses, and enabling the integration of renewable energy sources. Achieving this requires a detailed understanding of DH substations performance, as faults or inefficiencies in substations are a common cause of elevated return temperatures. This case study introduces a data-driven approach for fault detection and diagnosis (FDD) in DH substations, aiming to identify such inefficiencies and support targeted performance improvements. The methodology is implemented in a Python-based tool that analyses and visualises smart meter data collected from the primary side of substations. The tool offers geospatial mapping, performance indicators (e.g., return temperature, hydraulic capacity utilization), and metadata filtering (e.g., building type). Using this approach, four recurring fault patterns are identified. To support fault handling prioritisation, the tool segments inefficient substations through scatterplot visualisations. The proposed approach offers utility companies a means to enhance system reliability, reduce emissions, and improve operational performance by systematically identifying and addressing performance issues. -
Data Pre-processing Methods Enhancing Heat Cost Allocator Measurement Usability
- Open Access
PDF-Version jetzt herunterladenDieses Kapitel untersucht das Potenzial von Wärmekostenverteilern (HCAs) für die Analyse und Optimierung von Heizsystemen. Es befasst sich mit dem Problem der verkürzten Datenprotokollierung in HCAs, das Unsicherheiten in Kurzzeitanalysen mit sich bringt. Die Studie entwickelt eine Methode zur Rekonstruktion fehlender Dezimalwerte in HCA-Daten, die die Präzision dynamischer Heizungssystemanalysen erhöht. Die Methodik wird in zwei Fallstudien getestet: in einem Laborumfeld am Nationalen Metrologischen Institut Italiens (INRIM) und in einem mehrstöckigen Wohnhaus in Viborg, Dänemark. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die wiederhergestellten Daten eng an der Referenzkurve orientieren, mit einer signifikanten Verringerung des RMSE-Fehlers im Vergleich zu abgeschnittenen Daten. Die Studie diskutiert auch die Unterschiede zwischen Laborbedingungen und realen Gebäuden sowie die Grenzen der aktuellen Methode. Künftige Arbeiten zielen darauf ab, die Methode zu verbessern, indem Mechanismen integriert werden, um den Ein / Aus-Status des Heizkörpers besser zu erkennen. Die verbesserte Zuverlässigkeit kurzfristiger HCA-Daten kann raffiniertere Analysen unterstützen, z. B. die Identifizierung fehlerhafter Heizkörper, die Erkennung hochbelasteter Wohnungen und die Schätzung der für ein bestimmtes Gebäude erforderlichen Mindestvorlauftemperatur.KI-Generiert
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AbstractHeat cost allocators (HCAs) are devices mounted on radiators to fairly allocate heating consumption among flats within buildings connected to district heating networks or central heating systems. In recent years, HCA data has also been utilized for building heating system analysis, fault detection, diagnosis, and optimization. However, certain inherent limitations of HCAs, such as data truncation and the sparse recording of data points over time, can hinder their direct application in analysis. This underscores the necessity of pre-processing HCA data prior to conducting meaningful analyses. This study aims to develop a methodology for recovering the decimal values of HCA data. By leveraging the continuity of HCA increments and the inverse relationship between external temperature changes and HCA increments, the problem is formulated as an optimization problem. Two case studies were conducted to validate this method. The first case study involved a radiator heating laboratory at the National Metrology Institute of Italy (INRIM), where 40 radiators of various types, geometries, and materials were tested. The lab replicates heating operations typical of real apartment buildings, utilizing specific control strategies and flexible hydraulic connections. The second case study focused on a residential building in Denmark, analyzing HCA data collected from 15 apartments over one month. In both case studies, we used different measures to collect HCA data with decimals as the reference. Results indicate that the proposed method significantly reduces errors and uncertainties associated with data truncation in both laboratory and real-world settings. On average, the root mean square error (RMSE) of the recovered HCA data compared to the reference value decreased by 76.9% and 60.4% when compared to the truncated data in the lab and real buildings, respectively. This demonstrates the method’s effectiveness in enhancing the usability and reliability of HCA data over short time intervals. -
Foam Density Distribution Analysis in Pre-insulated Pipes Using Non-destructive X-Ray Microscopy
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PDF-Version jetzt herunterladenDieses Kapitel untersucht die entscheidende Rolle der Schaumdichteverteilung bei der Haltbarkeit von vorisolierten gebundenen Rohren (PIB), die in Fernwärmesystemen verwendet werden. Sie unterstreicht die Grenzen traditioneller Analysemethoden und führt die zerstörungsfreie Röntgenmikroskopie (XRM) als überlegene Alternative ein. Die Studie bewertet vier verschiedene Methoden zur Berechnung der Dichteverteilung und betont dabei ihre Zeiteffizienz und Genauigkeit. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählen die Identifizierung von Dichtegradienten und die überlegene Auflösung von Röntgenbildern bei der Erfassung von Dichteschwankungen. Das Kapitel untersucht auch Datenerfassungstechniken und deren Auswirkungen auf die Modellqualität und zeigt letztlich das Potenzial von Röntgenbildern, die Zuverlässigkeit von Analysemethoden wie der laserinduzierten Aufschlüsselungsspektroskopie (LIBS) und der Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie (FT-IR) zu verbessern. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung eines genauen Dichteprofils für das Verständnis des Schaumabbaus und die Gewährleistung der Langlebigkeit von PIB-Rohren.KI-Generiert
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AbstractPre-insulated bonded pipes used in district heating systems are engineered for a service life of at least 30 years. The longevity of these systems is primarily influenced by the properties of the polyurethane (PUR) foam insulation. While operational and installation parameters contribute to overall durability, the characterization of the foam layer is critical for service life prediction. According to EN 253, pipe manufacturers are required to maintain a minimum foam density of 55 kg/m3. However, the foaming process leads to a non-uniform density distribution across the pipe cross-section—from the steel carrier pipe to the high-density polyethylene (HDPE) casing. Determining the foam density distribution function enables normalization of measurement data, which is essential for subsequent analysis using spectroscopic techniques such as Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) and Fourier Transform Infrared (FT-IR) Spectroscopy. Traditional methods for density determination, including liquid displacement, and the cut-and-weigh method, are often labor-intensive and prone to inaccuracies. To address these limitations, a methodology has been developed that utilizes nanoscale X-ray microscopy and computer vision techniques to analyze foam density distribution. -
A 5th Generation District Heating and Cooling Network (5GDHC) Driven by Shallow Geothermal, Economic Analysis and Geohydrological Modelling for Comparison with an Individual System
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PDF-Version jetzt herunterladenDieses Kapitel vertieft die ökonomische und geohydrologische Modellierung von Fernwärme- und Kältenetzen der 5. Generation (5GDHC), die durch flache geothermische Systeme angetrieben werden. Die Studie vergleicht einen kollektiven Ansatz (Szenario A) mit einzelnen geothermischen Systemen (Szenario B), um deren Effizienz und Nachhaltigkeit zu bewerten. Zu den zentralen Themen zählen die ökonomische Analyse geothermischer Projekte, die Modellierung des Untergrundes mittels FeFlow 10.0-Software sowie die thermischen und hydraulischen Auswirkungen beider Szenarien. Die Ergebnisse unterstreichen die Vorteile kollektiver Systeme in Bezug auf geringere Investitionskosten, niedrigere Betriebskosten und minimierte Umweltauswirkungen. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass 5GDHC-Netzwerke im Vergleich zu einzelnen geothermischen Systemen eine nachhaltigere und wirtschaftlichere Lösung bieten, mit einer dynamischen Amortisationszeit von 8,5 Jahren für Szenario A und 11,8 Jahren für Szenario B. Diese umfassende Analyse bietet wertvolle Erkenntnisse für Fachleute, die Geothermie-Systeme für zukünftige Nachhaltigkeit optimieren wollen.KI-Generiert
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AbstractThe success of the technology concerning shallow geothermal installations creates a great density where systems will increasingly affect each other negatively. Especially in an urban context, this becomes an inextricable tangle. On top of that, different types of systems are active, both smaller closed and larger open systems are applied according to project size and specific needs. Based on a concrete example case, it is shown that it makes sense to go for a collective approach, in combination with a 5th GDHC. The impact is investigated by subsurface modelling and additional economic analysis. The hydrogeological modelling is performed using FeFlow 10.0, a 3D finite-element software. Both open loop systems (ATES, Aquifer Thermal Energy Storage) and closed loop systems (BTES, Borehole Thermal Energy Storage) are modelled. The thermal and hydraulic impact of the different systems on each other and the environment is investigated. The results show that when shallow geothermal systems are operating close to each other, there is a risk of mutual impact. Open loop systems can have both thermal and hydraulic impact on nearby systems, while closed loop systems can only thermally impact their surroundings significantly. Moreover, the economic analysis shows that the project is more cost-efficient by using a combined geothermal system. The use of a fifth-generation network with uninsulated pipes optimally contributes to favourable economics. -
Improved District Heating Return Temperatures by Cascading Concepts
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PDF-Version jetzt herunterladenDieses Kapitel untersucht das Potenzial kaskadierter Umspannwerkskonzepte, die Rücklauftemperaturen von Fernwärme (DH) deutlich zu senken, ein entscheidender Faktor bei der Steigerung der Energieeffizienz und der Integration erneuerbarer Energiequellen. Die Studie konzentriert sich auf drei innovative Konfigurationen: die zweistufige Nachkühlung und die Mittelkühlung, die jeweils einzigartige Vorteile bei der Senkung der Rücklauftemperaturen bieten. Die Analyse zeigt, dass das Konzept der Mittelkühlung durchweg besser abschneidet, mit Absenkungen von 2,5 bis 9,5 ° C, dicht gefolgt vom Nachkühlungskonzept, das Absenkungen zwischen 1,5 und 8,5 ° C erzielt. Diese Ergebnisse werden durch einen zweijährigen Feldversuch in Dänemark gestützt, der eine jährliche strömungsgewichtete DH-Rücklauftemperatursenkung von 3,0 ° C zeigt. Die Studie beleuchtet auch den Einfluss von Klimaprofilen und Gebäudeheizungssystemen auf die Leistungsfähigkeit dieser Konzepte und liefert wertvolle Erkenntnisse sowohl für die Sanierung als auch für Neubauprojekte. Durch die Bewertung dieser Konzepte in verschiedenen Szenarien bietet die Forschung einen umfassenden Leitfaden für Fachleute, die DH-Systeme für den Niedrigtemperaturbetrieb optimieren wollen, um letztlich zu nachhaltigeren und effizienteren städtischen Energiestrategien beizutragen.KI-Generiert
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AbstractAs the focus on the performance of district heating (DH) systems intensifies, this study explores three cascaded substation concepts to assess their potential for reducing the DH return temperature at the building level substation. A lower DH return temperature is crucial for lowering the DH flow temperature to optimal levels, thereby enhancing system efficiency, which is a key feature of 4th generation DH (4GDH). Within the ARV project (https://greendeal-arv.eu), DH substation concepts have been evaluated, including parallel, two-stage, aftercooling, and midcooling configurations, with the parallel concept serving as the baseline for comparison. The analysis, based on annual simulations, covers generalized parameter combinations to demonstrate the potential for DH return temperature reduction across the different substation concepts in comparison to the baseline. Additionally, the impact of various climate profiles is explored, represented by the locations of Copenhagen, Helsinki, Paris, and Rome. Field data from a two-year test of the aftercooling concept validates the analysis results. The aftercooling and midcooling concepts have a significant reduction potential in annual DH return temperatures by 3 to 9,5 °C for 4GDH operations, compared to the baseline system. -
Status of the VITO Deep Geothermal Project in Mol—Donk (Northern Belgium)
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PDF-Version jetzt herunterladenDas geothermische Tiefbauprojekt VITO in Mol, Belgien, war ein bedeutender Versuch, das Potenzial der tiefen Geothermie zur Beheizung und Kraft-Wärme-Kopplung in Flandern zu erforschen. Das 2009 ins Leben gerufene Projekt stand vor zahlreichen technischen Herausforderungen, darunter seismische Risiken und das Vorhandensein von natürlich vorkommenden radioaktiven Materialien (NORM) in der Sole. Trotz dieser Herausforderungen hat das Projekt Fortschritte bei der Optimierung der Produktion und der Verringerung seismischer Risiken gemacht. Das Kapitel behandelt die Geschichte des Projekts, einschließlich der Bohrung von drei Brunnen und der Installation einer geothermischen Anlage. Außerdem wird der Einsatz eines Demand Side Management-Systems (DSM) hervorgehoben, um Spitzenlasten zu verringern und den Anteil der an die Verbraucher gelieferten Erdwärme zu erhöhen. Darüber hinaus untersucht das Kapitel das Potenzial der thermischen Energiespeicherung, die Leistungsfähigkeit und das Geschäftsmodell der geothermischen Fernwärme zu verbessern. Die laufenden Anpassungen und Forschungsarbeiten des Projekts zielen darauf ab, ein stabiles Betriebsumfeld zu schaffen, das Dritten offen steht, um innovative Technologien für tiefe Geothermie und ihre Integration in Fernwärmenetze der nächsten Generation zu testen.KI-Generiert
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AbstractVITO launched the development of the geothermal plant end 2009 on the assumption that deep geothermal energy can make an important contribution to the energy transition. Over the years, the project generated important data on the local geology, the environmental impact of deep geothermal and the viability of geothermal heat delivery and co-generation. However, VITO did not yet succeed in running the plant at its design capacity. The main question about the plant’s operability is the seismic activity. Since the start, two earthquakes were recorded that requested for long-term suspension of operations. The geothermal facilities provide heat to a 3rd generation district heating network and act as Technology Infrastructure for testing innovations to advance deep geothermal energy. In addition, the data that has been collected over the year is available for research and for the development of modelling tools. In this paper we discuss the results of three studies in which the VITO geothermal plant and connected heating network acted as a case to evaluate the impact of demand side management and thermal storage on geothermal district heating. Smart demand side management results in higher thermal output of the plant and more stable production conditions. Thermal storage allows adjusting flow rate to the expected thermal demand and to reducing pump energy. It remains VITO’s ambition to use its geothermal facilities as a test site for deep geothermal technologies and to convert the knowledge and experiences gained into tangible value propositions for all stakeholders. Central to this ambition is stable heat delivery in a way that is acceptable for the stakeholders. -
Proposal for a Method to Simultaneously Maximize the Economic and Environmental Values of a District Heating and Cooling System for an Electricity Market
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PDF-Version jetzt herunterladenDieses Kapitel schlägt eine Methode zur gleichzeitigen Maximierung der wirtschaftlichen und ökologischen Werte von Fernwärme- und Fernkühlungssystemen (DHC) auf den Strommärkten vor. Die Studie konzentriert sich auf den Betrieb von DHC-Systemen, die Strom, Wärme und Kälte erzeugen können, und ihr Potenzial zur Stabilisierung von Energiesystemen. Die Forschung unterstreicht die Notwendigkeit, sowohl wirtschaftliche als auch ökologische Werte bei Ausschreibungsbedingungen für Elektrizitätsmärkte zu berücksichtigen, bei denen Umweltaspekte häufig übersehen werden. Die vorgeschlagene Methode zielt darauf ab, den wirtschaftlichen Gesamtwert zu optimieren, der sich aus Betriebskosten und Umweltwerten zusammensetzt, die sich aus CO2-Emissionen aus Kraftstoffverbrauch und Netzverbrauch zusammensetzen. Die Studie führt eine Sensitivitätsanalyse durch, bei der mehrere Szenarien von Kohlenstoffpreisen und CO2-Emissionsfaktoren herangezogen werden, um den Umweltwert von DHC und die zukünftige Richtung der Strommärkte zu diskutieren. Die Ergebnisse zeigen, dass das Gleichgewicht zwischen Gas- und Strompreisen entscheidend für die Bestimmung des DHC-Betriebs ist. Die Einführung von erneuerbaren Energien und Wasserstoff kann zu Schwankungen der Kohlenstoffpreise und CO2-Emissionsfaktoren führen, was eine kontinuierliche Aktualisierung des optimalen Betriebs und der Konfiguration von DHC-Systemen erforderlich macht. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass Umweltwerte zunehmend auf den Strommärkten berücksichtigt werden sollten, die sich derzeit hauptsächlich auf wirtschaftliche Werte konzentrieren.KI-Generiert
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AbstractDistrict heating and cooling system (DHC), which is responsible for supplying heat, cold, and electricity to the region, often have the ability to generate electricity as well as generate heat and cold. In our previous study, we proposed an operational method that would enable DHC to simultaneously supply electricity to the electricity market in Japan while fulfilling its responsibility for local demand, as well as a method for evaluating its economic efficiency. This study focuses on the issue that environmental value is not yet fully evaluated in many electricity markets around the world and proposes a method for determining an operation that maximizes the total of the economic value and environmental value of DHC. In addition, authors examine the possibility of changes in the optimal DHC equipment configuration, operation methods, and conditions through sensitivity analysis of carbon prices and CO2 emission factors. Based on these research results, conditions under which it will be necessary to update the DHC equipment configuration and operation methods are organized in future fluctuation scenarios of carbon price and CO2 emission factors. -
Optimizing the Next Generation of District Heating and Cooling Systems While Ensuring Reliable Domestic Hot Water Supply
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PDF-Version jetzt herunterladenDieses Kapitel befasst sich mit der Optimierung von Fernwärme- und -kältesystemen der nächsten Generation und konzentriert sich dabei auf Niedertemperatur- und Tieftemperaturnetze. Es untersucht vier verschiedene Szenarien, um den Bedarf an Raumheizung und Warmwasser zu decken und gleichzeitig den Stromverbrauch zu minimieren. Zu den Szenarien gehören entkoppeltes Warmwasser mit elektrischen Boilern, Durchlaufwärmepumpensysteme, separate Booster-Wärmepumpen für Warmwasser und eine zeitgesteuerte Warmwasserbereitung mit Wärmespeicherung vor Ort. Die Studie nutzt fortschrittliche Modellierungstechniken, einschließlich der Particle Swarm Optimization, um die Leistung jedes einzelnen Szenarios zu bewerten. Schlüsselergebnisse zeigen, dass Szenarien, die Booster-Wärmepumpen und dezentrale Wärmepumpen integrieren, den geringsten Stromverbrauch und die günstigsten Lastprofile erzielen. Das Kapitel befasst sich auch mit dem kritischen Thema der Legionellenprävention und betont die Wichtigkeit angemessener Warmwassertemperaturen. Durch den Vergleich dieser Szenarien liefert die Studie wertvolle Erkenntnisse über die effizientesten und kosteneffektivsten Ansätze zur Optimierung von Fernwärmenetzen.KI-Generiert
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AbstractThe shift toward next-generation district heating and cooling networks (characterized by low- and ultra-low temperature grids) offers improved energy efficiency and greater potential for renewable integration. However, these systems face challenges in reliably supplying domestic hot water (DHW), which requires higher temperatures to ensure user comfort and hygienic safety. This study evaluates four scenarios for delivering both space heating (SH) and DHW in a district system, using optimization to determine the optimal supply and return temperatures that minimize total electricity consumption. Scenario 1 uses electric boilers for DHW; Scenario 2 employs a single decentralized heat pump for both SH and DHW; Scenario 3 introduces a booster heat pump for DHW; and Scenario 4 incorporates thermal storage with scheduled DHW production. Results show that Scenarios 2 and 3 significantly reduce electricity consumption compared to the others, with Scenario 3 achieving the lowest annual demand (520 [MWh/year]). Duration load curves also demonstrate improved load distribution, particularly in Scenario 3. The findings underscore the trade-offs between energy efficiency, system complexity, and hygienic safety, and suggest that further optimization of storage operation and comprehensive cost–benefit analyses will be essential in future planning. -
Closing a Sim-to-Sim Gap for Automatic Fault Detection in DHC Systems Using Hybrid Modelling
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PDF-Version jetzt herunterladenDieses Kapitel geht der entscheidenden Rolle von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HLK) im globalen Energieverbrauch nach und beleuchtet die Ineffizienzen, die durch unerkannte Fehler und suboptimale Kontrollen verursacht werden. Der Schwerpunkt liegt auf der Optimierung von Fernwärmenetzen durch fortschrittliche Simulationstechniken. Der Text führt die hybride Modellierung ein, die physikbasierte Modelle (PBMs) mit künstlichen neuronalen Netzwerken (ANNs) kombiniert, um die Simulationsgenauigkeit zu verbessern und eine automatische Fehlererkennung zu ermöglichen. Zwei Methoden zur Integration von ANNs in PBMs werden untersucht: eine, bei der ANNs den gesamten simulierten Zustand korrigieren und eine andere, bei der ANNs die Ausgabe jeder Komponente sofort korrigieren. Das Kapitel präsentiert eine Fallstudie über ein einfaches Wärmenetz mit 12 Wohnungen, die die Effektivität dieser Methoden beim Schließen der Sim-to-Sim-Lücke und der Erkennung von Fehlern demonstriert. Die Ergebnisse zeigen, dass die zweite Methode, bei der ANNs Komponentenausgänge sofort korrigieren, bei der Erkennung von Störungen überlegen ist. Die Schlussfolgerung betont das Potenzial hybrider Modelle zur Verbesserung der Simulationsgenauigkeit und Fehlererkennung und ebnet den Weg für effizientere und widerstandsfähigere thermische Energiesysteme.KI-Generiert
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AbstractAccurate fault detection in district heating and cooling systems remains a challenge due to limitations in traditional simulation models. This paper explores a hybrid modelling approach that combines physics-based models with artificial neural networks to address this issue. Two methods of integrating these models are tested on simulated scenarios that replicate complex component behaviour. The first method applies corrections after full system simulation, while the second corrects outputs at the component level in real time. Both approaches reduce the discrepancy between simulated and reference data, but only the second method shows clear architectural changes based on component disturbances. This suggests a stronger potential for identifying faulty behaviour without the need for labelled datasets. The results demonstrate the value of integrating data-driven corrections at the component level to improve simulation accuracy and support fault detection in district heating and cooling systems.
- Titel
- Proceedings of the 19th International Symposium on District Heating and Cooling
- Herausgegeben von
-
Dirk Vanhoudt
- Copyright-Jahr
- 2026
- Verlag
- Springer Nature Switzerland
- Electronic ISBN
- 978-3-032-09844-3
- Print ISBN
- 978-3-032-09843-6
- DOI
- https://doi.org/10.1007/978-3-032-09844-3
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