SIMBA#

Das Simulationssystem SIMBA# ist eine vielseitig einsetzbare Software für die Modellierung und dynamische Simulation in der Abwassertechnik. Es integriert Belebtschlammmodelle, Belüftungssysteme, Schlammfaulung, Kanalnetze, Fließgewässer und jede Art von Automatisierungslösungen.

Release SIMBA# 5.0

SIMBA#, das Simulationssystem für innovative modellgestützte Lösungskonzepte für vielfältige Anwendungen im Wasser-, Abwasser- und Biogasbereich, hat einen neuen Meilenstein erreicht!

Die neue Version SIMBA# 5.0 hebt die Modellierung von Kläranlagen, Kanalnetzen, Fließgewässern und Druckrohrleitungssystemen auf ein neues Niveau. In den Releasenotes werden die wichtigsten Neuerungen aufgelistet. Insbesondere wird die immissionsbasierte Betrachtung der Gewässergüte mit Einleitungen aus Kanalnetz und Kläranlage jetzt erheblich erleichtert. Dazu stellt SIMBA# eine „Multi-Solver“-Simulationsumgebung bereit, mit der parallel mehrere Kanalnetze (hydrodynamisch), Gewässerabschnitte, Druckrohrnetze und Reinigungsanlagen mit jeweils spezifischen Lösungsalgorithmen simuliert werden können. Die Projektdarstellung ist nun alternativ auch in einer geografisch referenzierten Draufsicht möglich.

Neuerungen in SIMBA# 5.0
  • GIS-gestützte Modellierung: Georeferenzierte Darstellung von Kanalnetzen, Gewässern, Trinkwassernetzen, zusätzlich Darstellung von GIS-Shape-Dateien und Bitmaps
  • Erweiterter Einzugsgebiet-Block: Definition von Flächenanteilen von Einzugsgebieten mit unterschiedlichen Verschmutzungs- und Abflusseigenschaften, Berücksichtigung von AFS63 (Umsetzung des Arbeitsblatts DWA-A-102-2), GIS-basierte Netzdarstellung, Import von Flächeninformationen (undurchlässige Flächen) aus Copernicus-Satellitendaten
  • Digitales Höhenmodell (DHM): Darstellung und Nutzung von Höhenmodellinformationen zur Modellierung von Stoffströmen in Ver- und Entsorgungsinfrastrukturen (z.B. Kanalnetze, Trinkwassernetze), Nutzung in Blöcken zur Abbildung von Netzen
  • Hydrodynamische Modellierung von Kanalnetzen und Fließgewässern: Erweiterung von verschiedenen Stofftransportansätzen (Rührkesselansatz oder Lagrange), Modellierung mit beliebigen biochemischen Umwandlungsprozessen in Kanälen und Gewässern, Bereitstellung eines neuen hydrodynamischen Spezialsolvers, neue Blockbibliothek
  • Druckrohrleitung-Bibliothek: Modellierung von Trinkwasser- und Kanalnetzen und industriellen Wassersystemen, Bereitstellung eines neuen Solvers für algebraische Berechnung von Drücken und Durchflüssen
  • Mehrphasen-Reaktoren: Modellierung der Wechselwirkungen zwischen Flüssigkeits-, Gas- und Biofilmphasen. Damit lassen sich eine ganze Reihe neuer Reaktortypen und Prozesse abbilden. Der Mehrphasen-Ansatz eignet sich insbesondere für die Entwicklung von Modellen zur Behandlung von Industrieabwässern
  • Kanalnetzsteuerung: Erweiterung der Module zur modell-prädiktiven Regelung; Anwendung beliebiger externer und interner Modelle, Bereitstellung verschiedener lokaler und globaler Optimierungsalgorithmen. Deutlich verbesserte Dokumentation (Handbücher, Videos) und Benutzeroberfläche
  • Die bisher getrennten Produkte SIMBA#water und SIMBA#biogas wurden zu einem einzigen Produkt SIMBA# 5.0 zusammengeführt, um für alle Anwender die Arbeit an Lösungen im Wasser-, Abwasser- und Biogasbereich zu ermöglichen.

Beispiel eines integrierten Modells in SIMBA# 5.0 mit paralleler Simulation von Teilsystemen mit jeweiligen Spezialsolvern (Druckrohrnetz (1), Einzugsgebiet (2), Kanalnetz (3), Kläranlage (4), Gewässer (5))

Was ist SIMBA#

SIMBA# ist weltweit eine führende integrierte Modellierungs- und Simulationsplattform für innovative modellgestützte Lösungskonzepte im Wasser-, Abwasser- und Biogasbereich. Die simultane Modellierung unterschiedlichster Systeme (wie Kläranlagen, Kanalnetze, Trinkwassernetze, Fließgewässer oder auch Biogasanlagen) mit Steuerung und Regelung erlaubt eine integrierte Betrachtung aller Komponenten und Stoffströme und fundierte verfahrenstechnische, energetische und regelungstechnische Analysen und Optimierungen.

In Deutschland und deutschsprachigen Ländern ist SIMBA# weit verbreitet und wird zur Unterstützung von Forschungs- und Lehreaktivitäten in Universitäten und Hochschulen angewendet. Aus Sicht der praktischen Anwendung und im Hinblick mit den steigenden Anforderungen im Bereich der Planung und der Betriebsführung abwassertechnischer Anlagen wird SIMBA# immer mehr von Abwasserverbänden und Ingenieurbüros in Deutschland eingesetzt.

Geschichte

Seit den ersten Anfängen im Jahr 1994 begleitet das Simulationswerkzeug SIMBA nunmehr seit 25 Jahren weltweit die Forschung und Anwendung im Bereich der Modellierung und Simulation von Kläranlagen, Kanalnetzen, Fließgewässern und landwirtschaftlichen Biogasanlagen. In den ersten Jahren war SIMBA eine Toolbox zu dem in der Wissenschaft weit verbreiteten Softwarewerkzeug MATLAB/Simulink. Seit 2013 ist SIMBA# eine technisch eigenständige Entwicklung und auch bestens für Ingenieuranwendungen geeignet.

Benutzeroberfläche und Modulbibliothek von SIMBA# 5.0 (links) und SIMBA (alte Version 6)

Vorteile von SIMBA#

Aufgrund seiner hohen Flexibilität bietet SIMBA# eine ganze Reihe von Vorteilen. Diese umfassen u.a.:

  • Detaillierte Abbildung des Zusammenspiels von Verfahrenstechnik mit der maschinentechnischen Ausrüstung (z.B. dem Belüftungssystem) und geplanten automatisierungstechnischen Funktionen
  • Bemessung und Bewertung von Kläranlagen nach dem DWA-Themenband T4/2016 „Bemessung von Kläranlagen in warmen und kalten Klimazonen“ (EXPOPLAN Tool)
  • Kompatibel mit dem Merkblatt DWA-A 131
  • Zulaufcharakterisierung kommunaler Kläranlagen auf Basis von dem entwickelten Ansatz von der Hochschulgruppe Simulation (www.hsgsim.org)
  • Echtzeitausführung online zur Betriebsunterstützung mit der Open-Source-Entwicklung ifakFAST (digitaler Zwilling)
  • Integrierte Betrachtung von Kanalnetzen, Kläranlagen und Fließgewässern für eine immissionsbasierte Analyse von Stadtentwässerungssystemen
  • GIS-gestützte Modellierung zur georeferenzierten Darstellung von Kanalnetzen, Gewässern, Trinkwassernetzen, zusätzlich Darstellung von GIS-Shape-Dateien und Bitmaps
  • Digitales Höhenmodell (DHM) zur Darstellung und Nutzung von Höhenmodellinformationen für die Modellierung von Stoffströmen in Ver- und Entsorgungsinfrastrukturen (z.B. Kanalnetze, Trinkwassernetze)
  • Hohe Flexibilität und Open Source: Nutzung/Erweiterung etablierter Modelle, Entwicklung anwenderspezifischer Modelle
  • Modellierung und Simulation vieler anderer Prozesse (z.B. neuartige Sanitärsysteme, industrielle Wassersysteme, Biogasanlagen)
  • Modellierung der Wechselwirkungen zwischen Flüssigkeits-, Gas- und Biofilmphasen (Mehrphasen-Ansatz). Damit lassen sich eine ganze Reihe neuer Reaktortypen und Prozesse abbilden. Der Mehrphasen-Ansatz eignet sich insbesondere für die Entwicklung von Modellen zur Behandlung von Industrieabwässern.
  • Unterstützung bei den Digitalisierungsprozessen (z.B. bei der Digitalisierung von Planungs- und Betriebsprozessen von Anlagen)
  • Erweiterter Gujer-Prozess-Matrixeditor
  • Umfangreiche Funktionen zur Ergebnisauswertung
  • Leistungsfähige grafische Skriptingtools, Skriptausführung über WEB-Apps
  • Jährliche Anwendertreffen als Austauschplattform mit mehr als 25 Jahren Tradition
Modellierungsprinzip und Modellbibliotheken

Der Aufbau von Simulationsmodellen beruht auf der grafischen Verschaltung von Modulen, die jeweils eine Verfahrenskomponente (z.B. Kanalabschnitt, Vorklärung, Belebungsbecken) repräsentieren, zu einem Fließbild.

  • Belebungsverfahren der Abwasserreinigung (ASM1, ASM3, ASM3biop, …)
  • Biofilmverfahren der Abwasserreinigung (MBBR, FBBR, MABR, TF, Granula)
  • Anaerobe Abbauprozesse (Faulung), Schlammbehandlung
  • 4. Reinigungsstufe mit PAK, Prozesswasserbehandlung (Anammox)
  • Abwassertransport, Rückhalt und Stoffumwandlung in Kanalnetzen (hydrologisch und/oder hydrodynamisch)
  • Wassertransport und Wassergüte in natürlichen Fließgewässern
  • Umfangreiche Steuerungs- und Regelungsfunktionen einschließlich MBPC
  • Belüftungssysteme
  • Druckrohrleitungen und Pumpen
  • Trinkwasseranalysen

 

Mit SIMBA# lassen sich verschiedenste Anwendungen aus Ingenieurpraxis und aus Forschung und Lehre realisieren.

Anwendungsgebiete
  • Auslegung von Kläranlagen unter Einbeziehung zahlreicher Verfahrensoptionen inklusive Steuerung und Regelung
  • Optimierung von Verfahrensgestaltung und Betriebsführung existierender Kläranlagen
  • Analyse von Abflussgeschehen in urbanen Gebieten
  • Entwicklung und Test von Strategien zur Kanalnetzbewirtschaftung oder Kanalnetzsteuerung
  • Untersuchungen des Zusammenwirkens von Abwasserabfluss, Abwasserreinigung, Schlammbehandlung und Gewässergüte
  • Analyse von Prozesswasserbewirtschaftung, Schlammbehandlung und Energieverbrauch,
  • Planung des Einsatzes „Digitaler Zwillinge“
  • Auslegung beliebiger Biogasanlagenkonzepte inklusive Steuerung und Regelung
  • Virtuelle Inbetriebnahme von Automatisierungslösungen
  • Abbildung und Analyse der komplexen Wechselwirkungen der Systeme Wasser, Energie, Abfall und Nahrung (“Water-Energy-Food-Nexus”)
Kläranlagen

Mit den immer steigenden Anforderungen im Bereich der Planung und der Betriebsführung abwassertechnischer Anlagen verfolgt SIMBA# das Ziel, klassische Entwurfsmethoden in diesen Bereichen mit dem Werkzeug Simulation zu unterstützen. Für den Bereich Kläranlagen drückt sich dies durch eine enge Verzahnung der Bemessungsvorschrift DWA A131 mit den mathematischen Belebtschlammmodellen ASM3 (Activated Sludge Model No. 3) und ASM3biop sowie den in SIMBA# zur Verfügung stehenden Modulen für einzelne Verfahrensschritte (z.B. Denitrifikation, Nitrifikation, Nachklärung) aus.

Modell einer Kläranlage mit vorgeschalteter Denitrifikation in SIMBA#

Anwendungsbereiche

Im Bereich der Abwasserbehandlung kann SIMBA# bspw. als Werkzeug zur Unterstützung der folgenden Aufgaben eingesetzt werden:

  • Entwurf von Anlagen, Prozessen und Regelungskonzepten,
  • Optimierung der Verfahrensgestaltung und Entwicklung von Konzepten zum Energiemanagement von abwassertechnischen Anlagen und
  • Entwicklung modellbasierter Betriebsführungskonzepte (Beobachter, MBPC), die auch in einer Online-Version zusammen mit der Open-Source-Entwicklung ifakFAST zum Betrieb realer Anlagen eingesetzt werden können.
     

Reaktor- und Belebtschlammmodelle

Für die Simulation von Kläranlagen stehen vielfältige Kombinationen von Transport- und Reaktormodellen und Belebtschlammmodellen zur Verfügung. Unter Transport- und Reaktormodellen werden hier z.B. Modellblöcke zur Beschreibung eines Belebtschlammgemisches in Becken mit intensiver Durchmischung und/oder Belüftung durch Oberflächenbelüfter und Druckbelüftungssystem sowie Vor- und Nachklärbecken verstanden. Beckenkaskaden und Batchreaktoren stehen ebenfalls zur Verfügung. Unabhängig von diesen Reaktormodellen kann gewählt werden, mit welchem sogenannten Belebtschlammmodell der Anwender arbeiten möchtet. Ein solches Belebtschlammmodell definiert eine Anzahl von Stoffgruppen von Abwasserinhaltsstoffen und Mikroorganismen sowie eine Anzahl chemischer und biologischer Prozesse, die für die jeweiligen Verfahren als wichtig erachtet werden.

Für die Beschreibung des Abbaus organischer Verschmutzungen (CSB) und der Entfernung von Stickstoff (Nitrifikation/ Denitrifikation) stehen z.B. die Standardmodelle ASM1 (Activated Sludge Model No.1) und ASM3 der IWA zu Verfügung. Für Planungen sind das ASM3h und ASM3bioph in Versionen der Hochschulgruppe Simulation verfügbar, die kompatibel zur DWA A131 2016 nutzbar sind.

Modelle können frei mit einem einfach zu bedienenden Editor in Petersen-Matrix-Notation editiert bzw. modifiziert werden. Die folgenden Belebtschlammmodelle sind standardmäßig in SIMBA# implementiert:

  • ASM1h – Standardmodell der IWA mit etablierten Modifikationen zur Verbesserung der Anwendbarkeit, Parameter nach HSG Simulation,
  • ASM3h – Version des ASM3 der IWA mit einer Parametrierung entsprechend Vorschlägen der Hochschulgruppe Simulation,
  • ASM3bioph – Das ASM3 der IWA mit einer EAWAG-Erweiterung zur biologischen P-Elimination,
  • ASM_inCTRL – Erweitertes Modell (CSB, Mehrstufige Nitrifikation/Denitrifikation, bioP), bereitgestellt durch die Experten der Firma inCTRL,
  • ASM_XL_lag – Erweitertes Modell (CSB, Mehrstufige Nitrifikation/Denitrifikation, Anammox) als Projektergebnis des Projektes NoNitriNox (BMBF).
     

Modellblöcke für die Vor- und Nachklärung

Für die Abbildung von Absetzvorgängen in der Vor- und Nachklärung ist eine Palette unterschiedlich komplexer Modelle vorhanden, u.a.:

  • 3-Schichten-Nachklärmodell mit variablen Schlammbett kompatibel zu DWA A131 2016,
  • Einfaches Vorklärmodell nach Otterpohl/Freund mit vorgegebener CSB-Elimination als Funktion der Aufenthaltszeit,
  • Ideales Absetzbecken (ideale Fest/Flüssig-Trennung, kein Speicher),
  • Ideales Absetzbecken mit Speicher (vorgebbare Fest/Flüssig-Trennung und einfacher Speicher).
     

Modelle von Belüftungssystemen

SIMBA enthält auch detaillierte Modelle von Druckluft-Belüftungssystemen. Die Modellbibliothek beinhaltet Komponenten zur Beschreibung von Gebläsen und Gebläsesteuerungen, Rohrleitungen mit typischen Einbauten, Regelventilen (konventionell und Neuentwicklungen) und Belüfterelementen (Einrichtungen zum feinblasigen Eintrag von Luft in Belebungsbecken), die untereinander oder aber in Verbindung mit einem verfahrenstechnischen Kläranlagenmodell verschaltet werden können. Selbstverständlich kann auch die Funktion der Automatisierungstechnik bis ins letzte Detail berücksichtigt werden.

Mit dieser Erweiterung können nun

  • Belüftungssysteme energieeffizienter gestaltet werden,
  • häufige Planungsfehler, die zu ungünstigem Betriebsverhalten führen, vermieden werden,
  • künftig steigende Anforderungen an starke Lastschwankungen bei Extremregenereignissen besser erfüllt werden,
  • Energiebezug flexibler gestaltet werden (Energiemanagement, Teilnahme am Energiemarkt),
  • Planerisch analysiert werden, wie Kläranlagen intelligenter reagieren können (Industrie 4.0 Konzepte).

Druckverteilung in einem Belüftungsstrang

Kanalnetze

SIMBA# bietet eine hohe Flexibilität bei der Auswahl von Modellierungsansätzen für Kanalnetze.

hydrologisch:

  • Vereinfachte, konzeptionelle Modellierung
  • Niederschlags-Abfluss-Modellierung
  • Transportstrecken im Kanalnetz
  • Sonderbauwerke nach DWA-A 102/A 128
  • Schmutzfrachtberechnung und Langzeitsimulationen  

hydrodynamisch:

  • Vollständige Lösung der Saint-Venant-Gleichungen
  • Import von SWMM-Modellen
  • Nahtlose Integration und Erweiterung des Rechenkerns von SWMM5 (siehe www.epa.gov)
       

Beliebige Kombinationen beider Ansätze:

In SIMBA# ist es beispielsweise auch möglich, Teile eines Kanalnetzes hydrodynamisch zu simulieren (z.B. flache Hauptsammler), während für andere Teile desselben Kanalnetzes (z.B. oberhalb liegende Einzugsgebiete) ein schnellerer hydrologischer Ansatz zur Anwendung kommt. Damit kann die Komplexität eines Kanalnetzmodells den individuellen Anforderungen der jeweiligen Aufgabenstellung entsprechend gewählt werden.

Jeder der beiden Ansätze erlaubt darüber hinaus:

  • Flächendefinition nach DWA-A 102
  • Gleichmäßige und ungleichmäßige Überregnung,
  • Beliebige biochemische Transformationsprozesse im Kanal,
  • Einfache und komplexe Steuerungs- und Regelungsalgorithmen, einschl. MBPC
  • Analyse des Steuerungspotenzials nach DWA-M 180.

Insgesamt ist mit SIMBA# die nahtlose Integration der Kanalnetzsimulation in Modelle anderer Teilsysteme (Kläranlage, Gewässer) möglich.

Benutzerfreundliche Ein- und Ausgabe, Animation:

  • Die Benutzerein- und -ausgabe, wie z.B. die Systemdefinition, wird graphisch unterstützt.
  • Import vom GIS-Daten
  • Automatische Ermittlung durchlässiger und undurchlässiger Flächen aus Copernicus-Satellitendaten
  • Frei konfigurierbare Auswerteroutinen erlauben schnelle und einfache Auswertung in Text- und Bildform: Summeninformationen (Niederschläge, Ablauf- und Überlaufvolumina und -frachten, Speicherauslastungen), Entlastungsdauern und -häufigkeiten.
Fließgewässer

SIMBA# ermöglicht ebenfalls die Simulation von Abfluss und Wassergüte in Vorflutgewässern. Hierbei können beliebige biochemische Transformationsmodelle verwendet werden. Eine nahtlose Integration in Kanalnetz- und Kläranlagenmodule sowie von Steuerungsalgorithmen ist auch hier möglich.

Abflussberechnung

  • hydrologische Abflussberechnung
  • hydrodynamische Abflussberechnung

Qualitätsmodelle

  • Stofftransportansätze: Rührkesselansatz, Langrange-Ansatz
  • Biochemische Prozesse vom Benutzer in beliebiger Komplexität frei definierbar
  • vordefinierte Modelle (z.B. SWQM, RWQM1)

Anwendungen

  • Gewässergütesimulation
  • Analyse von Einleitungen aus Kanalnetz und Kläranlage, einschließlich Auswertung nach dem Leitfaden zum Erkennen ökologisch kritischer Gewässerbelastungen des Landes Hessen (https://umwelt.hessen.de/umwelt-natur/wasser/gewaesserschutz/leitfaden-zum-erkennen-oekologisch-kritischer)
  • integrierte Steuerung
  • sequentielle und parallele integrierte Simulation

Lagrange-Modellierungsansatz

Einer der in SIMBA# enthaltenen Stofftransportansätze ist der Lagrange-Modellierungsansatz, welcher die Modellierung von Transportprozessen ohne Verfälschungen durch numerische Dispersionseffekte ermöglicht. Der Lagrange-Modellierungsansatz basiert auf dem Grundprinzip von sich im Gerinne bewegenden „Wasserpaketen“. Routinen für das Zusammenfassen und Aufteilen dieser konzeptionellen Wasserpakete ermöglichen eine geschwindigkeitsoptimierte Simulation.

Auswertung: DWA-M 102-3/BWK-M 3-3

Neue Auswerteroutinen für die Gewässergütesimulation mit tabellarischer und grafischer Ausgabe:

  • Häufigkeits-Dauer-Grenzwerte für Sauerstoff und Ammonium („Neuner-Matrizen“) nach DWA-M 102-3/BWK-M 3-3 und britischem Urban Pollution Management (UPM) Manual
  • frei konfigurierbare textliche und bildliche Ausgabe
  • Plot von Längsprofilen
  • Zeit-Ort-Diagramme -> Alles auf einen Blick!
  • Abfluss und Wasserqualität

Zeit-Ort-Diagramm: Gelöster Sauerstoff im Gewässer: Deutlich erkennbar sind die Auswirkungen der Mischwassereinleitung am Ort x=3000 m zur Zeit t=3d auf die Sauerstoffkonzentrationen in den nachliegenden Gewässerabschnitten

Bewertung von Mischwassereinleitungen auf den Sauerstoffgehalt im Fließgewässer gemäß Wiederkehrhäufigkeit-Einwirkungsdauer-basierter Kriterien des Urban Pollution Management Manuals

Anaerobe Verfahren

Der Modellierung anaerober Verfahren (anaerobe Abwasserbehandlung, Klärschlammfaulung) wird seit den anhaltenden Forderungen nach energetisch optimalem Betrieb mehr Beachtung geschenkt. Weiter angetrieben wird der Einsatz anaerober Modelle durch die aktuellen Entwicklungen in der Biogasbranche. Die Unterbibliothek Anaerob eignet sich für die Modellierung von Anlagen zur anaeroben Klärschlammfaulung, anaeroben Abwasserbehandlung und anaeroben Vergärung organischer Stoffe.

Dafür enthält die Bibliothek:

  • verschiedene Anaerobmodelle (Siegrist, vereinfachte Ansätze),
  • Vorklärblöcke mit Schlammabzug,
  • Blöcke zur maschinellen Eindickung und Entwässerung,
  • anaerobe Reaktorblöcke (Überlaufreaktor, Speicher) mit Gasphase,
  • Schnittstellenmodelle zur Kopplung mit Belebtschlammmodellen,
  • integrierte Modellierung von Abwasserreinigung und Schlammbehandlung.

 

Anaerobmodelle ermöglichen die Prognosen von:

  • CSB-, TS-Abbau,
  • Gasproduktion/Gaszusammensetzung (Kohlendioxid, Methan, Wasserstoff),
  • Stickstoffrücklösung,
  • organischen Säuren und pH-Wert.
Biogasanlagen

SIMBA# stellt alle erforderlichen Komponenten bereit, die für eine fundierte Analyse von Nassvergärungsanlagen notwendig sind. Zur Lösung gehören explizite Reaktormodelle, ein multisubstratfähiges Anaerobmodell auf Basis des ADM1 (Anaerobic Digestion Model No. 1 der IWA) sowie ein dazu passendes Modell zur Zulaufbeschreibung. Mit SIMBA# lassen sich verschiedenste Anwendungen aus Ingenieurpraxis, Forschung und Lehre realisieren. Diese umfassen den Entwurf von Biogasanlagen, Prozessen und Regelungskonzepten und die Optimierung der Verfahrensgestaltung. Weitere Anwendungsfelder und Eigenschaften umfassen unter anderem:

  • Auslegung beliebiger Biogasanlagenkonzepte inklusive Steuerung und Regelung,
  • Optimierung von Fütterung und Betriebsführung existierender Biogasanlagen,
  • Bereitstellung unterschiedlicher Konzepte zur Modellierung von MSR (klassische Funktionsblöcke, Petri-Netze, SPS-Code),
  • Vorhersage von CSB, TS, oTS, NH4, N, pH, CH4, FOS, TAC (Abschätzung),
  • komfortable Editoren für Modellgrundlagen.

Modell einer Biogasanlage inklusive Gassystem und BHKW

Water-Energy-Food-Nexus

Mit der neuen NEXUS-Bibliothek ermöglicht es SIMBA#, Modelle zur gesamthaften Wasserbewirtschaftung (z.B. Wiedernutzung von Regen- und Grauwasser), zu Management von Angebot und Nachfrage sowie zur gesamthaften Berücksichtigung verschiedener Infrastruktursektoren (z.B. Wasser, Energie, Nahrung) zu erstellen und deren Ergebnisse übersichtlich als Sankey-Diagramm darzustellen. Auch die Erzeugung sog. Shit-Flow-Diagramme von Sanitärsystemen ist mit SIMBA# leicht möglich.

Einfaches Beispiel: Trinkwasserversorgung zweier Stadtteile; Kopplung mit Energiebedarf

 

Nexus City: Stoffströme der Infrastruktursektoren Wasser, Abwasser, Energie, Abfall, Nahrung einer Beispielstadt

Trinkwassernetze

In der Version 5.0 wurde eine Blockbibliothek zur Abbildung von Rohrleitungsnetzen eingeführt. Mit der entsprechenden Modellbibliothek lassen sich Druck und Durchflüsse und Stofftransport in vollgefüllte Rohrleitungsnetzen simulieren. Diese Bibliothek eignet sich zu Modellierung von

  • Trinkwassernetzen,
  • Abwasser-Druckrohrleitungen,
  • gepumptem Abwassertransport in Kläranlagen,
  • Brauchwassersystemen.

Für die Berechnung des Rohrleitungsnetzwerkes wird ein spezieller Solver verwendet (Nutzung des Multisolvers-Ansatzes), der für SIMBA basierend auf dem EPANET-Solver entwickelt wurde. Die Netzberechnung erlaubt die Berücksichtigung druckabhängigen Verbrauchs (PDD) und Leckagen. Für den Stofftransport (Advektion-Dispersion) kann wahlweise ein Rührkesselansatz (Kaskade von CSTRs) oder ein Lagrange-Ansatz gewählt werden. Bei Bedarf können Qualitätsprozesse gerechnet werden (SIMBA ASM Modell). 

Zur Darstellung spezieller Längsprofile (Drücke) wurde ein neuer Diagrammtyp implementiert.

 

Industrielle Wassersysteme

Aufgrund steigender Wasserknappheit spielen die Wiederverwendung von Brauchwasser und ein sparsamerer Umgang mit stofflichen und energetischen Ressourcen bei der Planung und Betrieb industrieller Wassersysteme eine immer stärkere Rolle. SIMBA bietet die Möglichkeit, sowohl die Verteilung als auch die Aufbereitungsprozesse von Brauch- und Kühlwassersystemen zu simulieren und den Betrieb hinsichtlich Energie- und Ressourcenverbrauchs zu optimieren.

Die Anwendungsfelder und Eigenschaften umfassen unter anderem: 

  • Kühlwasserkreisläufe und die Bilanzierung von Wärmeströmen,
  • Anreicherung von Chemikalien in Kreislaufsystemen und Abschätzung des Absalzvolumens,
  • Spezifische Brauchwassermatrix und Modellierung von Entsalzungsverfahren,
  • Generierung von dynamischen Betriebsdaten für Ökobilanzierung und Lebenszykluskostenrechnung.