In the presented study, a multi-material 'Solid Isotropic Material with Penalization' (SIMP)-like penalization approach for the economic topology optimization of District Heating Networks is proposed. For District Heating Networks, an important technology for carbon-neutral space heating, the upfront investment is a crucial factor for the rollout of this technology. Today, the pipe routing is usually designed relying on a linearization of the underlying heat transport problem. This study proposes to solve the optimal pipe routing problem as a non-linear topology optimization problem, drawing inspiration from PDE-constrained topology optimization. The optimization problem is formulated around a non-linear heat transport model and minimizes a detailed net present value representation of the heating network cost. A discrete network topology and near-discrete pipe design is achieved by using a pipe penalization strategy. For a realistic test case, the proposed algorithm achieves a discrete network topology and near-discrete pipe design that outperforms simple post-processing steps.


翻译:在介绍的研究报告中,提出了一种多材料的“有惩罚作用的固态有机植物材料”(SIMP)——对地区供热网络的经济地形优化的类似惩罚性方法。对于地区供热网络,碳中和空间供暖的重要技术,前期投资是推广这一技术的关键因素。今天,管道路由的设计通常依赖于对潜在的热传输问题的线性化。本研究报告建议解决作为非线性地形优化问题的最佳管道路由问题,从受PDE约束的地形优化中汲取灵感。优化问题围绕非线性热传输模型制定,并最大限度地减少暖气网络成本的详细净现价。使用管道惩罚战略可以实现离散网络地形学和近分解管设计。对于现实的试验案例来说,拟议的算法可以实现离子网络地形学和近分解管道设计,从而超越了简单的后处理步骤。

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