基于海水的空间能源规划的热流模拟

湖泊和其他地表水体代表着巨大的自然能源储存库，可以以生态和经济高效的方式加以利用。通过使用湖水热泵，这种储存的热能可以被用于建筑物的供暖和制冷，从而为市政供暖的脱碳做出重大贡献。热流体模拟为空间能源规划提供了不可或缺的基础，并能够对可持续利用湖水热能的框架条件和要求进行有依据的评估。.

流动模拟作为政府机构、规划师和能源供应商的规划工具

热流动模拟的一个主要优势在于其沟通功能：它们使所有相关方——政府机构、规划者和能源供应商——都能生动直观地了解水体中预期的热和流体力学状况。这极大地简化了水权审批程序，并为利用湖水制定选址、性能等级和运营理念的明智决策奠定了共同的规划基础。.

通过深度图数字化进行 3D 建模

任何热流模拟的基础都是河流精确的数字地形模型。为此，对现有的测深图进行数字化，并将其转换为三维计算模型，该模型精确地描绘了具有深度和岸线走势的真实盆地几何形状。这个 3D 模型越精确地反映真实的测深状况，CFD 模拟的结果就越可靠、越有意义。.

加热和冷却运行中的温度分层模拟

水流模拟真实地反映了在加热和冷却模式下，考虑进出水管道的水体分层情况。在天然水体中，太阳辐射、风力混合和季节性影响会产生独特的热分层——即所谓的温跃层——这显著影响了温度可用性和水流行为。模拟量化了这些热负荷和自然分层之间的复杂相互作用，从而为海水热泵系统的设计提供了可靠的规划数据。.

季节性温度波动的时序分辨率

对湖泊水温波动的时域分解研究，能够对全年周期内湖泊水温系统的季节性功率可用性进行真实的评估。通过这种方式，可以详细分析温度变化曲线及其对天气因素、使用强度和运行模式的依赖性，并将其用于系统设计。.

优化进出水几何形状以避免短路流

通过系统地改变进出水几何形状——即进出水口的数量、布局和方向——来确定河流中各自的热影响区。通过这种方式，可以可靠地避免水力和热短路流动，最大化海水利用效率，并将对河流可能的生态影响降至最低。.

作为一项创新能源概念的一部分，港口水域被用作周边办公楼冷却和供暖的天然热源和热汇。地表水体，如港口水域、湖泊或河流，由于其热储能力，非常适合作为水基热泵系统的基础，并且与传统空调相比，可以实现显著的节能。.

为了评估水体的热影响，进行了热力学模拟，以量化热量抽取和热量输入对港池的温度影响。此类模拟对于确保水温保持在生态和法规允许的范围内，并且不会产生不良的热分层至关重要。.

重点关注了码头两侧进出水管的液压设计。热短路或水力短路——即已加热的水直接回流到进水口——会大大降低系统的效率。通过对进出口构筑物进行仔细的定位和流体动力学设计，可以可靠地防止这种效应。.

为了避免港池内过高的水流速度，对进出水道的数量进行了调整和优化。局部高水流速度会引起泥沙冲刷，影响水生生物，并导致技术设备磨损加剧。将流量分配到多个入流点可以降低这些风险，并确保港池的更均匀的贯穿。.

进水口经过专门设计，以防止鱼类和其他水生生物进入管道系统。实践中，使用细网格的筛网、滤网或特殊防护格栅，其流速被保持在足够低，以避免鱼类被吸入。相应的流速限制值已纳入水法法规和环境要求中。.

最后，对整个系统的生物相容性进行了研究。在此过程中，评估了对港池生态系统的潜在影响，特别是关于温度变化、氧气条件改变以及外来物种入侵。环境友好型规划确保了该设施的运行符合水法规的许可要求和欧洲水框架指令的目标。.