Layout-Optimierung

Wenn Sie ein Leitungslayout mit dem MST-Werkzeug (Minimum Spanning Tree, minimaler Spannbaum) erzeugen, verbindet TESSA alle Gebäude mit der kürzesten gesamten Leitungslänge. Das ist schnell und ergibt immer einen zusammenhängenden Baum, ist aber nicht unbedingt das günstigste Netz in Bau oder Betrieb: Ein kurzer Umweg durch einen bestehenden Strassenkorridor kann die zusätzliche Länge manchmal wert sein, und ein Layout, das die Kosten minimiert, kann sich von einem unterscheiden, das den Wärmeverlust minimiert.

Mit dem Werkzeug Layout optimieren können Sie das Layout mit einer kostenbewussten Zielfunktion erneut berechnen.

Wie das MST-Standardlayout funktioniert

Der Standard-Layoutalgorithmus:

1. Nimmt die möglichen Leitungsrouten (Strassen oder Luftlinienverbindungen, je nach Ihren Einstellungen) und bildet eine Distanzmatrix zwischen allen möglichen Anschlusspunkten.
2. Berechnet den minimalen Spannbaum – den zusammenhängenden Teilgraphen mit dem minimalen Gesamtkantengewicht (Distanz).
3. Verlegt Leitungen entlang dieser Kanten und hängt Gebäude-Übergabestationen als Blätter an.

Das Ergebnis ist das Baumnetz mit der kürzesten Länge. Es ist immer zusammenhängend, enthält nie Maschen und ist schnell berechnet.

Der Optimierungsalgorithmus

Das Werkzeug Layout optimieren wendet auf den MST eine heuristische Verfeinerungsschleife an. Es stört die Kantenlängen in der Distanzmatrix zufällig und berechnet den MST neu, wobei es bei jeder Iteration prüft, ob das neue Layout die gewählte Zielfunktion verbessert.

flowchart TD
    A["Start: initiales MST-Layout"] --> B["Kantenlängen in der<br/>Distanzmatrix stören"]
    B --> C["MST neu berechnen"]
    C --> D["Kostenfunktion auswerten<br/>(cost / heat_total / heat_loss)"]
    D --> E{"Verbessert?"}
    E -->|"Ja"| F["Neues Layout als<br/>aktuell bestes übernehmen"]
    E -->|"Nein"| G["Störung verwerfen"]
    F --> H{"Konvergiert oder<br/>max. Iterationen?"}
    G --> H
    H -->|"Nein"| B
    H -->|"Ja"| I["Bestes Layout zurückgeben"]

    classDef step fill:#fff3e0,stroke:#ED6000,stroke-width:1.5px,color:#bf360c
    classDef decision fill:#bbdefb,stroke:#0d47a1,stroke-width:1.5px,color:#0d47a1
    classDef terminal fill:#c8e6c9,stroke:#2e7d32,stroke-width:1.5px,color:#1b5e20

    class A,B,C,D,F,G,I step
    class E,H decision

Bei jedem Kandidatenlayout führt das Werkzeug die vollständige Pipeline aus Leitungsdimensionierung und Simulation aus, um die Zielfunktion zu berechnen.

Optimierungsziele

Das Ziel cost ist meist die richtige Wahl. heat_loss lohnt sich, wenn die Vorlauftemperatur hoch ist und das Netz ein grosses Gebiet umfasst.

Wann die Optimierung verwenden

Das Optimierungswerkzeug läuft deutlich länger als das MST-Werkzeug – jede Iteration dimensioniert und simuliert das Netz neu. Bei einem Quartier mit Hunderten von Gebäuden kann es mehrere Minuten dauern.

Verwenden Sie es, wenn:

• das initiale MST-Layout unnötig lange Routen zu nehmen scheint.
• Sie Ausschlusszonen definiert haben und die kostengünstigste Linienführung um sie herum finden möchten.
• Sie prüfen möchten, ob das MST-Layout nahe am Optimum liegt, bevor Sie den Entwurf abschliessen.

Für einen schnellen ersten Entwurf genügt das MST-Standardlayout in der Regel.

Ausschlusszonen

Wie das MST-Werkzeug berücksichtigt auch der Optimierer Ausschlusszonen – Gebiete, in denen keine Leitungen verlegt werden dürfen. Definieren Sie Ausschlusszonen im Ebenen-Editor des Untersuchungsgebiets, bevor Sie eines der beiden Werkzeuge ausführen.

Wie es weitergeht

• Layout automatisch erzeugen – wie Sie die MST- und Optimierungswerkzeuge über die Benutzeroberfläche ausführen.
• Netzdimensionierung und Hydraulik – die Leitungsdimensionierung, die bei jeder Optimierungsiteration abläuft.
• Netzsimulation – das Wärmeverlustmodell, das beim Ziel heat_loss verwendet wird.