source: palm/trunk/SOURCE/indoor_model_mod.f90 @ 4701

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bugfix in indoor model regarding calculation of heat fluxes into the walls and windows (on behalf of Sascha Rissmann)

  • Property svn:keywords set to Id
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Line 
1!> @file indoor_model_mod.f90
2!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
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11! Public License for more details.
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14! <http://www.gnu.org/licenses/>.
15!
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17! Copyright 2018-2020 Hochschule Offenburg
18!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! -----------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: indoor_model_mod.f90 4701 2020-09-27 11:02:15Z maronga $
27! Heat transfer for wall and windows back to USM separated into q_wall and q_win (instead q_wall_win).
28! Heat flow direction revised (heat flow positive from outside to inside).
29! New variable indoor_wall_temperature (for q_wall).
30! Removed unused quantity q_trans.
31!
32! 4698 2020-09-25 08:37:55Z maronga
33! Fixed faulty characters
34!
35! 4687 2020-09-21 19:40:16Z maronga
36! Bugfix: values of theta_m_t_prev were not stored for individual surfaces and thus re-used by all
37! surfaces and buildings, which led to excessive indoor temperatures
38!
39! 4681 2020-09-16 10:23:06Z pavelkrc
40! Bugfix for implementation of downward surfaces
41!
42! 4671 2020-09-09 20:27:58Z pavelkrc
43! Implementation of downward facing USM and LSM surfaces
44!
45! 4646 2020-08-24 16:02:40Z raasch
46! file re-formatted to follow the PALM coding standard
47!
48! 4481 2020-03-31 18:55:54Z maronga
49! Change order of dimension in surface array %frac to allow for better vectorization.
50!
51! 4441 2020-03-04 19:20:35Z suehring
52! Major bugfix in calculation of energy demand - floor-area-per-facade was wrongly calculated
53! leading to unrealistically high energy demands and thus to unreallistically high waste-heat
54! fluxes.
55!
56! 4346 2019-12-18 11:55:56Z motisi
57! Introduction of wall_flags_total_0, which currently sets bits based on static topography
58! information used in wall_flags_static_0
59!
60! 4329 2019-12-10 15:46:36Z motisi
61! Renamed wall_flags_0 to wall_flags_static_0
62!
63! 4310 2019-11-26 19:01:28Z suehring
64! Remove dt_indoor from namelist input. The indoor model is an hourly-based model, calling it
65! more/less often lead to inaccurate results.
66!
67! 4299 2019-11-22 10:13:38Z suehring
68! Output of indoor temperature revised (to avoid non-defined values within buildings)
69!
70! 4267 2019-10-16 18:58:49Z suehring
71! Bugfix in initialization, some indices to access building_pars where wrong.
72! Introduction of seasonal parameters.
73!
74! 4246 2019-09-30 09:27:52Z pavelkrc
75!
76!
77! 4242 2019-09-27 12:59:10Z suehring
78! Bugfix in array index
79!
80! 4238 2019-09-25 16:06:01Z suehring
81! - Bugfix in determination of minimum facade height and in location message
82! - Bugfix, avoid division by zero
83! - Some optimization
84!
85! 4227 2019-09-10 18:04:34Z gronemeier
86! implement new palm_date_time_mod
87!
88! 4217 2019-09-04 09:47:05Z scharf
89! Corrected "Former revisions" section
90!
91! 4209 2019-09-02 12:00:03Z suehring
92! - Bugfix in initialization of indoor temperature
93! - Prescibe default indoor temperature in case it is not given in the namelist input
94!
95! 4182 2019-08-21 14:37:54Z scharf
96! Corrected "Former revisions" section
97!
98! 4148 2019-08-08 11:26:00Z suehring
99! Bugfix in case of non grid-resolved buildings. Further, vertical grid spacing is now considered at
100! the correct level.
101! - change calculation of a_m and c_m
102! - change calculation of u-values (use h_es in building array)
103! - rename h_tr_... to  h_t_...
104!          h_tr_em  to  h_t_wm
105!          h_tr_op  to  h_t_wall
106!          h_tr_w   to  h_t_es
107! - rename h_ve     to  h_v
108! - rename h_is     to  h_ms
109! - inserted net_floor_area
110! - inserted params_waste_heat_h, params_waste_heat_c from building database
111!   in building array
112! - change calculation of q_waste_heat
113! - bugfix in averaging mean indoor temperature
114!
115! 3759 2019-02-21 15:53:45Z suehring
116! - Calculation of total building volume
117! - Several bugfixes
118! - Calculation of building height revised
119!
120! 3745 2019-02-15 18:57:56Z suehring
121! - remove building_type from module
122! - initialize parameters for each building individually instead of a bulk initializaion with
123!   identical building type for all
124! - output revised
125! - add missing _wp
126! - some restructuring of variables in building data structure
127!
128! 3744 2019-02-15 18:38:58Z suehring
129! Some interface calls moved to module_interface + cleanup
130!
131! 3469 2018-10-30 20:05:07Z kanani
132! Initial revision (tlang, suehring, kanani, srissman)!
133!
134! Authors:
135! --------
136! @author Tobias Lang
137! @author Jens Pfafferott
138! @author Farah Kanani-Suehring
139! @author Matthias Suehring
140! @author Sascha Rissmann
141! @author Bjoern Maronga
142!
143!
144! Description:
145! ------------
146!> Module for Indoor Climate Model (ICM)
147!> The module is based on the DIN EN ISO 13790 with simplified hour-based procedure.
148!> This model is a equivalent circuit diagram of a three-point RC-model (5R1C).
149!> This module differs between indoor-air temperature an average temperature of indoor surfaces which make it prossible to determine
150!> thermal comfort
151!> the heat transfer between indoor and outdoor is simplified
152
153!> @todo Many statement comments that are given as doxygen comments need to be changed to normal comments
154!> @todo Replace window_area_per_facade by %frac(1,m) for window
155!> @todo emissivity change for window blinds if solar_protection_on=1
156
157!> @note Do we allow use of integer flags, or only logical flags? (concerns e.g. cooling_on, heating_on)
158!> @note How to write indoor temperature output to pt array?
159!>
160!> @bug  Calculation of iwghf_eb and iwghf_eb_window is faulty
161!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
162 MODULE indoor_model_mod
163
164    USE arrays_3d,                                                                                 &
165        ONLY:  ddzw,                                                                               &
166               dzw,                                                                                &
167               pt
168
169    USE control_parameters,                                                                        &
170        ONLY:  initializing_actions
171
172    USE kinds
173
174    USE netcdf_data_input_mod,                                                                     &
175        ONLY:  building_id_f, building_type_f
176
177    USE palm_date_time_mod,                                                                        &
178        ONLY:  get_date_time, northward_equinox, seconds_per_hour, southward_equinox
179
180    USE surface_mod,                                                                               &
181        ONLY:  surf_usm_h, surf_usm_v
182
183
184    IMPLICIT NONE
185
186!
187!-- Define data structure for buidlings.
188    TYPE build
189
190       INTEGER(iwp) ::  id                                !< building ID
191       INTEGER(iwp) ::  kb_max                            !< highest vertical index of a building
192       INTEGER(iwp) ::  kb_min                            !< lowest vertical index of a building
193       INTEGER(iwp) ::  num_facades_per_building_h = 0    !< total number of horizontal facades elements
194       INTEGER(iwp) ::  num_facades_per_building_h_l = 0  !< number of horizontal facade elements on local subdomain
195       INTEGER(iwp) ::  num_facades_per_building_v = 0    !< total number of vertical facades elements
196       INTEGER(iwp) ::  num_facades_per_building_v_l = 0  !< number of vertical facade elements on local subdomain
197       INTEGER(iwp) ::  ventilation_int_loads             !< [-] allocation of activity in the building
198
199       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  l_h            !< index array linking surface-element orientation index
200                                                                  !< for horizontal surfaces with building
201       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  l_v            !< index array linking surface-element orientation index
202                                                                  !< for vertical surfaces with building
203       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  m_h            !< index array linking surface-element index for
204                                                                  !< horizontal surfaces with building
205       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  m_v            !< index array linking surface-element index for
206                                                                  !< vertical surfaces with building
207       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  num_facade_h   !< number of horizontal facade elements per buidling
208                                                                  !< and height level
209       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  num_facade_v   !< number of vertical facades elements per buidling
210                                                                  !< and height level
211
212
213       LOGICAL ::  on_pe = .FALSE.   !< flag indicating whether a building with certain ID is on local subdomain
214
215       REAL(wp) ::  air_change_high       !< [1/h] air changes per time_utc_hour
216       REAL(wp) ::  air_change_low        !< [1/h] air changes per time_utc_hour
217       REAL(wp) ::  area_facade           !< [m2] area of total facade
218       REAL(wp) ::  building_height       !< building height
219       REAL(wp) ::  eta_ve                !< [-] heat recovery efficiency
220       REAL(wp) ::  factor_a              !< [-] Dynamic parameters specific effective surface according to Table 12; 2.5
221                                          !< (very light, light and medium), 3.0 (heavy), 3.5 (very heavy)
222       REAL(wp) ::  factor_c              !< [J/(m2 K)] Dynamic parameters inner heatstorage according to Table 12; 80000
223                                          !< (very light), 110000 (light), 165000 (medium), 260000 (heavy), 370000 (very heavy)
224       REAL(wp) ::  f_c_win               !< [-] shading factor
225       REAL(wp) ::  fapf                  !< [m2/m2] floor area per facade
226       REAL(wp) ::  g_value_win           !< [-] SHGC factor
227       REAL(wp) ::  h_es                  !< [W/(m2 K)] surface-related heat transfer coefficient between extern and surface
228       REAL(wp) ::  height_cei_con        !< [m] ceiling construction heigth
229       REAL(wp) ::  height_storey         !< [m] storey heigth
230       REAL(wp) ::  params_waste_heat_c   !< [-] anthropogenic heat outputs for cooling e.g. 1.33 for KKM with COP = 3
231       REAL(wp) ::  params_waste_heat_h   !< [-] anthropogenic heat outputs for heating e.g. 1 - 0.9 = 0.1 for combustion with
232                                          !< eta = 0.9 or -2 for WP with COP = 3
233       REAL(wp) ::  phi_c_max             !< [W] Max. Cooling capacity (negative)
234       REAL(wp) ::  phi_h_max             !< [W] Max. Heating capacity (positive)
235       REAL(wp) ::  q_c_max               !< [W/m2] Max. Cooling heat flux per netto floor area (negative)
236       REAL(wp) ::  q_h_max               !< [W/m2] Max. Heating heat flux per netto floor area (positive)
237       REAL(wp) ::  qint_high             !< [W/m2] internal heat gains, option Database qint_0-23
238       REAL(wp) ::  qint_low              !< [W/m2] internal heat gains, option Database qint_0-23
239       REAL(wp) ::  lambda_at             !< [-] ratio internal surface/floor area chap. 7.2.2.2.
240       REAL(wp) ::  lambda_layer3         !< [W/(m*K)] Thermal conductivity of the inner layer
241       REAL(wp) ::  net_floor_area        !< [m2] netto ground area
242       REAL(wp) ::  s_layer3              !< [m] half thickness of the inner layer (layer_3)
243       REAL(wp) ::  theta_int_c_set       !< [degree_C] Max. Setpoint temperature (summer)
244       REAL(wp) ::  theta_int_h_set       !< [degree_C] Max. Setpoint temperature (winter)
245       REAL(wp) ::  u_value_win           !< [W/(m2*K)] transmittance
246       REAL(wp) ::  vol_tot               !< [m3] total building volume
247
248       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  t_in       !< mean building indoor temperature, height dependent
249       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  t_in_l     !< mean building indoor temperature on local subdomain, height dependent
250       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  theta_m_t_prev_h !< [degree_C] value of theta_m_t from previous time step (horizontal)
251       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  theta_m_t_prev_v !< [degree_C] value of theta_m_t from previous time step (vertical)
252       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  volume     !< total building volume, height dependent
253       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  vol_frac   !< fraction of local on total building volume, height dependent
254       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  vpf        !< building volume volume per facade element, height dependent
255
256    END TYPE build
257
258    TYPE(build), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  buildings   !< building array
259
260    INTEGER(iwp) ::  num_build   !< total number of buildings in domain
261!
262!-- Declare all global variables within the module
263
264    REAL(wp), PARAMETER ::  dt_indoor = 3600.0_wp                  !< [s] time interval for indoor-model application, fixed to
265                                                                   !< 3600.0 due to model requirements
266    REAL(wp), PARAMETER ::  h_is                     = 3.45_wp     !< [W/(m2 K)] surface-related heat transfer coefficient between
267                                                                   !< surface and air (chap. 7.2.2.2)
268    REAL(wp), PARAMETER ::  h_ms                     = 9.1_wp      !< [W/(m2 K)] surface-related heat transfer coefficient between
269                                                                   !< component and surface (chap. 12.2.2)
270    REAL(wp), PARAMETER ::  params_f_f               = 0.3_wp      !< [-] frame ratio chap. 8.3.2.1.1 for buildings with mostly
271                                                                   !< cooling 2.0_wp
272    REAL(wp), PARAMETER ::  params_f_w               = 0.9_wp      !< [-] correction factor (fuer nicht senkrechten Stahlungseinfall
273                                                                   !< DIN 4108-2 chap.8, (hier konstant, keine WinkelabhÀngigkeit)
274    REAL(wp), PARAMETER ::  params_f_win             = 0.5_wp      !< [-] proportion of window area, Database A_win aus
275                                                                   !< Datenbank 27 window_area_per_facade_percent
276    REAL(wp), PARAMETER ::  params_solar_protection  = 300.0_wp    !< [W/m2] chap. G.5.3.1 sun protection closed, if the radiation
277                                                                   !< on facade exceeds this value
278
279    INTEGER(iwp) ::  cooling_on              !< Indoor cooling flag (0=off, 1=on)
280    INTEGER(iwp) ::  heating_on              !< Indoor heating flag (0=off, 1=on)
281    INTEGER(iwp) ::  solar_protection_off    !< Solar protection off
282    INTEGER(iwp) ::  solar_protection_on     !< Solar protection on
283
284
285    REAL(wp) ::  a_m                                 !< [m2] the effective mass-related area
286    REAL(wp) ::  air_change                          !< [1/h] Airflow
287    REAL(wp) ::  c_m                                 !< [J/K] internal heat storage capacity
288    REAL(wp) ::  facade_element_area                 !< [m2_facade] building surface facade
289    REAL(wp) ::  floor_area_per_facade               !< [m2/m2] floor area per facade area
290    REAL(wp) ::  h_t_1                               !< [W/K] Heat transfer coefficient auxiliary variable 1
291    REAL(wp) ::  h_t_2                               !< [W/K] Heat transfer coefficient auxiliary variable 2
292    REAL(wp) ::  h_t_3                               !< [W/K] Heat transfer coefficient auxiliary variable 3
293    REAL(wp) ::  h_t_es                              !< [W/K] heat transfer coefficient of doors, windows, curtain walls and
294                                                     !< glazed walls (assumption: thermal mass=0)
295    REAL(wp) ::  h_t_is                              !< [W/K] thermal coupling conductance (Thermischer Kopplungsleitwert)
296    REAL(wp) ::  h_t_ms                              !< [W/K] Heat transfer conductance term (got with h_t_wm the thermal mass)
297    REAL(wp) ::  h_t_wall                            !< [W/K] heat transfer coefficient of opaque components (assumption: got all
298                                                     !< thermal mass) contains of h_t_wm and h_t_ms
299    REAL(wp) ::  h_t_wm                              !< [W/K] Heat transfer coefficient of the emmision (got with h_t_ms the
300                                                     !< thermal mass)
301    REAL(wp) ::  h_v                                 !< [W/K] heat transfer of ventilation
302    REAL(wp) ::  indoor_volume_per_facade            !< [m3] indoor air volume per facade element
303    REAL(wp) ::  initial_indoor_temperature = 293.15 !< [K] initial indoor temperature (namelist parameter)
304    REAL(wp) ::  net_sw_in                           !< [W/m2] net short-wave radiation
305    REAL(wp) ::  phi_hc_nd                           !< [W] heating demand and/or cooling demand
306    REAL(wp) ::  phi_hc_nd_10                        !< [W] heating demand and/or cooling demand for heating or cooling
307    REAL(wp) ::  phi_hc_nd_ac                        !< [W] actual heating demand and/or cooling demand
308    REAL(wp) ::  phi_hc_nd_un                        !< [W] unlimited heating demand and/or cooling demand which is necessary to
309                                                     !< reach the demanded required temperature (heating is positive,
310                                                     !< cooling is negative)
311    REAL(wp) ::  phi_ia                              !< [W] internal air load = internal loads * 0.5, Eq. (C.1)
312    REAL(wp) ::  phi_m                               !< [W] mass specific thermal load (internal and external)
313    REAL(wp) ::  phi_mtot                            !< [W] total mass specific thermal load (internal and external)
314    REAL(wp) ::  phi_sol                             !< [W] solar loads
315    REAL(wp) ::  phi_st                              !< [W] mass specific thermal load implied non thermal mass
316    REAL(wp) ::  q_wall                              !< [W/m2]heat flux from indoor into wall
317    REAL(wp) ::  q_win                               !< [W/m2]heat flux from indoor into window
318    REAL(wp) ::  q_waste_heat                        !< [W/m2]waste heat, sum of waste heat over the roof to Palm
319
320    REAL(wp) ::  q_c_m                               !< [W] Energy of thermal storage mass specific thermal load for internal
321                                                     !< and external heatsources (for energy bilanz)
322    REAL(wp) ::  q_c_st                              !< [W] Energy of thermal storage mass specific thermal load implied non
323                                                     !< thermal mass (for energy bilanz)
324    REAL(wp) ::  q_int                               !< [W] Energy of internal air load (for energy bilanz)
325    REAL(wp) ::  q_sol                               !< [W] Energy of solar (for energy bilanz)
326    REAL(wp) ::  q_vent                              !< [W] Energy of ventilation (for energy bilanz)
327
328    REAL(wp) ::  schedule_d                          !< [-] activation for internal loads (low or high + low)
329    REAL(wp) ::  skip_time_do_indoor = 0.0_wp        !< [s] Indoor model is not called before this time
330    REAL(wp) ::  theta_air                           !< [degree_C] air temperature of the RC-node
331    REAL(wp) ::  theta_air_0                         !< [degree_C] air temperature of the RC-node in equilibrium
332    REAL(wp) ::  theta_air_10                        !< [degree_C] air temperature of the RC-node from a heating capacity
333                                                     !< of 10 W/m2
334    REAL(wp) ::  theta_air_ac                        !< [degree_C] actual room temperature after heating/cooling
335    REAL(wp) ::  theta_air_set                       !< [degree_C] Setpoint_temperature for the room
336    REAL(wp) ::  theta_m                             !< [degree_C} inner temperature of the RC-node
337    REAL(wp) ::  theta_m_t                           !< [degree_C] (Fictive) component temperature during timestep
338    REAL(wp) ::  theta_op                            !< [degree_C] operative temperature
339    REAL(wp) ::  theta_s                             !< [degree_C] surface temperature of the RC-node
340    REAL(wp) ::  time_indoor = 0.0_wp                !< [s] time since last call of indoor model
341    REAL(wp) ::  total_area                          !< [m2] area of all surfaces pointing to zone
342    REAL(wp) ::  window_area_per_facade              !< [m2] window area per facade element
343
344!
345!-- Definition of seasonal parameters, summer and winter, for different building types
346    REAL(wp), DIMENSION(0:1,1:7) ::  summer_pars = RESHAPE( (/                & ! building_type 1
347                                          0.5_wp,                             & ! basical airflow without occupancy of the room
348                                          2.0_wp,                             & ! additional airflow depend of occupancy of the room
349                                          0.5_wp,                             & ! building_type 2: basical airflow without occupancy
350                                                                                ! of the room
351                                          2.0_wp,                             & ! additional airflow depend of occupancy of the room
352                                          0.8_wp,                             & ! building_type 3: basical airflow without occupancy
353                                                                                ! of the room
354                                          2.0_wp,                             & ! additional airflow depend of occupancy of the room
355                                          0.1_wp,                             & ! building_type 4: basical airflow without occupancy
356                                                                                ! of the room
357                                          1.5_wp,                             & ! additional airflow depend of occupancy of the room
358                                          0.1_wp,                             & ! building_type 5: basical airflow without occupancy
359                                                                                ! of the room
360                                          1.5_wp,                             & ! additional airflow depend of occupancy of the room
361                                          0.1_wp,                             & ! building_type 6: basical airflow without occupancy
362                                                                                ! of the room
363                                          1.5_wp,                             & ! additional airflow depend of occupancy of the room
364                                          0.1_wp,                             & ! building_type 7: basical airflow without occupancy
365                                                                                ! of the room
366                                          1.5_wp                              & ! additional airflow depend of occupancy of the room
367                                                           /), (/ 2, 7 /) )
368
369    REAL(wp), DIMENSION(0:1,1:7) ::  winter_pars = RESHAPE( (/                & ! building_type 1
370                                          0.1_wp,                             & ! basical airflow without occupancy of the room
371                                          0.5_wp,                             & ! additional airflow depend of occupancy of the room
372                                          0.1_wp,                             & ! building_type 2: basical airflow without occupancy
373                                                                                ! of the room
374                                          0.5_wp,                             & ! additional airflow depend of occupancy of the room
375                                          0.1_wp,                             & ! building_type 3: basical airflow without occupancy
376                                                                                ! of the room
377                                          0.5_wp,                             & ! additional airflow depend of occupancy of the room
378                                          0.1_wp,                             & ! building_type 4: basical airflow without occupancy
379                                                                                ! of the room
380                                          1.5_wp,                             & ! additional airflow depend of occupancy of the room
381                                          0.1_wp,                             & ! building_type 5: basical airflow without occupancy
382                                                                                ! of the room
383                                          1.5_wp,                             & ! additional airflow depend of occupancy of the room
384                                          0.1_wp,                             & ! building_type 6: basical airflow without occupancy
385                                                                                ! of the room
386                                          1.5_wp,                             & ! additional airflow depend of occupancy of the room
387                                          0.1_wp,                             & ! building_type 7: basical airflow without occupancy
388                                                                                ! of the room
389                                          1.5_wp                              & ! additional airflow depend of occupancy of the room
390                                                           /), (/ 2, 7 /) )
391
392    SAVE
393
394
395    PRIVATE
396
397!
398!-- Add INTERFACES that must be available to other modules
399    PUBLIC im_init, im_main_heatcool, im_parin, im_define_netcdf_grid, im_check_data_output,       &
400           im_data_output_3d, im_check_parameters
401
402
403!
404!-- Add VARIABLES that must be available to other modules
405    PUBLIC dt_indoor, skip_time_do_indoor, time_indoor
406
407!
408!-- PALM interfaces:
409!-- Data output checks for 2D/3D data to be done in check_parameters
410     INTERFACE im_check_data_output
411        MODULE PROCEDURE im_check_data_output
412     END INTERFACE im_check_data_output
413!
414!-- Input parameter checks to be done in check_parameters
415     INTERFACE im_check_parameters
416        MODULE PROCEDURE im_check_parameters
417     END INTERFACE im_check_parameters
418!
419!-- Data output of 3D data
420     INTERFACE im_data_output_3d
421        MODULE PROCEDURE im_data_output_3d
422     END INTERFACE im_data_output_3d
423
424!
425!-- Definition of data output quantities
426     INTERFACE im_define_netcdf_grid
427        MODULE PROCEDURE im_define_netcdf_grid
428     END INTERFACE im_define_netcdf_grid
429!
430! !
431! !-- Output of information to the header file
432!     INTERFACE im_header
433!        MODULE PROCEDURE im_header
434!     END INTERFACE im_header
435!
436!-- Calculations for indoor temperatures
437    INTERFACE im_calc_temperatures
438       MODULE PROCEDURE im_calc_temperatures
439    END INTERFACE im_calc_temperatures
440!
441!-- Initialization actions
442    INTERFACE im_init
443       MODULE PROCEDURE im_init
444    END INTERFACE im_init
445!
446!-- Main part of indoor model
447    INTERFACE im_main_heatcool
448       MODULE PROCEDURE im_main_heatcool
449    END INTERFACE im_main_heatcool
450!
451!-- Reading of NAMELIST parameters
452    INTERFACE im_parin
453       MODULE PROCEDURE im_parin
454    END INTERFACE im_parin
455
456 CONTAINS
457
458!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
459! Description:
460! ------------
461!< Calculation of the air temperatures and mean radiation temperature.
462!< This is basis for the operative temperature.
463!< Based on a Crank-Nicholson scheme with a timestep of a hour.
464!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
465 SUBROUTINE im_calc_temperatures ( i, j, k, indoor_wall_window_temperature, indoor_wall_temperature,  &
466                                   near_facade_temperature, phi_hc_nd_dummy, theta_m_t_prev )
467
468    INTEGER(iwp) ::  i
469    INTEGER(iwp) ::  j
470    INTEGER(iwp) ::  k
471
472    REAL(wp) ::  indoor_wall_window_temperature  !< weighted temperature of innermost wall/window layer
473    REAL(wp) ::  indoor_wall_temperature   !< temperature of innermost wall layer evtl in im_calc_temperatures einfÃŒgen
474    REAL(wp) ::  near_facade_temperature
475    REAL(wp) ::  phi_hc_nd_dummy
476    REAL(wp), INTENT(IN) :: theta_m_t_prev
477!
478!-- Calculation of total mass specific thermal load (internal and external)
479    phi_mtot = ( phi_m + h_t_wm * indoor_wall_temperature                                   &
480                       + h_t_3  * ( phi_st + h_t_es * pt(k,j,i)                                    &
481                                            + h_t_1 *                                              &
482                                    ( ( ( phi_ia + phi_hc_nd_dummy ) / h_v )                       &
483                                                 + near_facade_temperature )                       &
484                                  ) / h_t_2                                                        &
485               )                                                                !< [degree_C] Eq. (C.5)
486!
487!-- Calculation of component temperature at current timestep
488    theta_m_t = ( ( theta_m_t_prev                                                                 &
489                    * ( ( c_m / 3600.0_wp ) - 0.5_wp * ( h_t_3 + h_t_wm ) )                        &
490                     + phi_mtot                                                                    &
491                  )                                                                                &
492                  /   ( ( c_m / 3600.0_wp ) + 0.5_wp * ( h_t_3 + h_t_wm ) )                        &
493                )                                                               !< [degree_C] Eq. (C.4)
494!
495!-- Calculation of mean inner temperature for the RC-node in current timestep
496    theta_m = ( theta_m_t + theta_m_t_prev ) * 0.5_wp                           !< [degree_C] Eq. (C.9)
497
498!
499!-- Calculation of mean surface temperature of the RC-node in current timestep
500    theta_s = ( (   h_t_ms * theta_m + phi_st + h_t_es * pt(k,j,i)                                 &
501                  + h_t_1  * ( near_facade_temperature                                             &
502                           + ( phi_ia + phi_hc_nd_dummy ) / h_v )                                  &
503                )                                                                                  &
504                / ( h_t_ms + h_t_es + h_t_1 )                                                      &
505              )                                                                 !< [degree_C] Eq. (C.10)
506
507!
508!-- Calculation of the air temperature of the RC-node
509
510
511    theta_air = ( h_t_is * theta_s + h_v * near_facade_temperature + phi_ia + phi_hc_nd_dummy ) /  &
512                ( h_t_is + h_v )                                                !< [degree_C] Eq. (C.11)
513
514
515 END SUBROUTINE im_calc_temperatures
516
517
518!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
519! Description:
520! ------------
521!> Initialization of the indoor model.
522!> Static information are calculated here, e.g. building parameters and geometrical information,
523!> anything that doesn't change in time.
524!
525!-- Input values
526!-- Input datas from Palm, M4
527!     i_global             -->  net_sw_in                         !< global radiation [W/m2]
528!     theta_e              -->  pt(k,j,i)                         !< undisturbed outside temperature, 1. PALM volume, for windows
529!     theta_sup = theta_f  -->  surf_usm_h%pt_10cm(m)
530!                               surf_usm_v(l)%pt_10cm(m)          !< Air temperature, facade near (10cm) air temperature from
531                                                                  !< 1. Palm volume
532!     theta_node           -->  t_wall_h(nzt_wall,m)
533!                               t_wall_v(l)%t(nzt_wall,m)         !< Temperature of innermost wall layer, for opaque wall
534!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
535 SUBROUTINE im_init
536
537    USE control_parameters,                                                                        &
538        ONLY:  message_string, time_since_reference_point
539
540    USE indices,                                                                                   &
541        ONLY:  nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt, wall_flags_total_0
542
543    USE grid_variables,                                                                            &
544        ONLY:  dx, dy
545
546    USE pegrid
547
548    USE surface_mod,                                                                               &
549        ONLY:  surf_usm_h, surf_usm_v
550
551    USE urban_surface_mod,                                                                         &
552        ONLY:  building_pars, building_type
553
554    INTEGER(iwp) ::  bt          !< local building type
555    INTEGER(iwp) ::  day_of_year !< day of the year
556    INTEGER(iwp) ::  i           !< running index along x-direction
557    INTEGER(iwp) ::  j           !< running index along y-direction
558    INTEGER(iwp) ::  k           !< running index along z-direction
559    INTEGER(iwp) ::  l           !< running index for surface-element orientation
560    INTEGER(iwp) ::  m           !< running index surface elements
561    INTEGER(iwp) ::  n           !< building index
562    INTEGER(iwp) ::  nb          !< building index
563
564    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  build_ids           !< building IDs on entire model domain
565    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  build_ids_final     !< building IDs on entire model domain,
566                                                                    !< multiple occurences are sorted out
567    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  build_ids_final_tmp !< temporary array used for resizing
568    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  build_ids_l         !< building IDs on local subdomain
569    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  build_ids_l_tmp     !< temporary array used to resize array of building IDs
570    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  displace_dum        !< displacements of start addresses, used for MPI_ALLGATHERV
571    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  k_max_l             !< highest vertical index of a building on subdomain
572    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  k_min_l             !< lowest vertical index of a building on subdomain
573    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  n_fa                !< counting array
574    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  num_facades_h       !< dummy array used for summing-up total number of
575                                                                    !< horizontal facade elements
576    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  num_facades_v       !< dummy array used for summing-up total number of
577                                                                    !< vertical facade elements
578    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  receive_dum_h       !< dummy array used for MPI_ALLREDUCE
579    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  receive_dum_v       !< dummy array used for MPI_ALLREDUCE
580
581    INTEGER(iwp), DIMENSION(0:numprocs-1) ::  num_buildings         !< number of buildings with different ID on entire model domain
582    INTEGER(iwp), DIMENSION(0:numprocs-1) ::  num_buildings_l       !< number of buildings with different ID on local subdomain
583
584    REAL(wp) ::  u_tmp                                     !< dummy for temporary calculation of u-value without h_is
585    REAL(wp) ::  du_tmp                                    !< 1/u_tmp
586    REAL(wp) ::  du_win_tmp                                !< 1/building(nb)%u_value_win
587    REAL(wp) ::  facade_area_v                             !< dummy to compute the total facade area from vertical walls
588
589    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  volume         !< total building volume at each discrete height level
590    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  volume_l       !< total building volume at each discrete height level,
591                                                           !< on local subdomain
592
593    CALL location_message( 'initializing indoor model', 'start' )
594!
595!-- Initializing of indoor model is only possible if buildings can be distinguished by their IDs.
596    IF ( .NOT. building_id_f%from_file )  THEN
597       message_string = 'Indoor model requires information about building_id'
598       CALL message( 'im_init', 'PA0999', 1, 2, 0, 6, 0  )
599    ENDIF
600!
601!-- Determine number of different building IDs on local subdomain.
602    num_buildings_l = 0
603    num_buildings   = 0
604    ALLOCATE( build_ids_l(1) )
605    DO  i = nxl, nxr
606       DO  j = nys, nyn
607          IF ( building_id_f%var(j,i) /= building_id_f%fill )  THEN
608             IF ( num_buildings_l(myid) > 0 )  THEN
609                IF ( ANY( building_id_f%var(j,i) == build_ids_l ) )  THEN
610                   CYCLE
611                ELSE
612                   num_buildings_l(myid) = num_buildings_l(myid) + 1
613!
614!--                Resize array with different local building ids
615                   ALLOCATE( build_ids_l_tmp(1:SIZE(build_ids_l)) )
616                   build_ids_l_tmp = build_ids_l
617                   DEALLOCATE( build_ids_l )
618                   ALLOCATE( build_ids_l(1:num_buildings_l(myid)) )
619                   build_ids_l(1:num_buildings_l(myid)-1) =                                        &
620                                                          build_ids_l_tmp(1:num_buildings_l(myid)-1)
621                   build_ids_l(num_buildings_l(myid)) = building_id_f%var(j,i)
622                   DEALLOCATE( build_ids_l_tmp )
623                ENDIF
624!
625!--          First occuring building id on PE
626             ELSE
627                num_buildings_l(myid) = num_buildings_l(myid) + 1
628                build_ids_l(1) = building_id_f%var(j,i)
629             ENDIF
630          ENDIF
631       ENDDO
632    ENDDO
633!
634!-- Determine number of building IDs for the entire domain. (Note, building IDs can appear multiple
635!-- times as buildings might be distributed over several PEs.)
636#if defined( __parallel )
637    CALL MPI_ALLREDUCE( num_buildings_l, num_buildings, numprocs, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d,    &
638                        ierr )
639#else
640    num_buildings = num_buildings_l
641#endif
642    ALLOCATE( build_ids(1:SUM(num_buildings)) )
643!
644!-- Gather building IDs. Therefore, first, determine displacements used required for MPI_GATHERV
645!-- call.
646    ALLOCATE( displace_dum(0:numprocs-1) )
647    displace_dum(0) = 0
648    DO i = 1, numprocs-1
649       displace_dum(i) = displace_dum(i-1) + num_buildings(i-1)
650    ENDDO
651
652#if defined( __parallel )
653    CALL MPI_ALLGATHERV( build_ids_l(1:num_buildings_l(myid)),                                     &
654                         num_buildings(myid),                                                      &
655                         MPI_INTEGER,                                                              &
656                         build_ids,                                                                &
657                         num_buildings,                                                            &
658                         displace_dum,                                                             &
659                         MPI_INTEGER,                                                              &
660                         comm2d, ierr )
661
662    DEALLOCATE( displace_dum )
663
664#else
665    build_ids = build_ids_l
666#endif
667!
668!-- Note: in parallel mode, building IDs can occur mutliple times, as each PE has send its own ids.
669!-- Therefore, sort out building IDs which appear multiple times.
670    num_build = 0
671    DO  n = 1, SIZE(build_ids)
672
673       IF ( ALLOCATED(build_ids_final) )  THEN
674          IF ( ANY( build_ids(n) == build_ids_final ) )  THEN
675             CYCLE
676          ELSE
677             num_build = num_build + 1
678!
679!--          Resize
680             ALLOCATE( build_ids_final_tmp(1:num_build) )
681             build_ids_final_tmp(1:num_build-1) = build_ids_final(1:num_build-1)
682             DEALLOCATE( build_ids_final )
683             ALLOCATE( build_ids_final(1:num_build) )
684             build_ids_final(1:num_build-1) = build_ids_final_tmp(1:num_build-1)
685             build_ids_final(num_build) = build_ids(n)
686             DEALLOCATE( build_ids_final_tmp )
687          ENDIF
688       ELSE
689          num_build = num_build + 1
690          ALLOCATE( build_ids_final(1:num_build) )
691          build_ids_final(num_build) = build_ids(n)
692       ENDIF
693    ENDDO
694
695!
696!-- Allocate building-data structure array. Note, this is a global array and all building IDs on
697!-- domain are known by each PE. Further attributes, e.g. height-dependent arrays, however, are only
698!-- allocated on PEs where  the respective building is present (in order to reduce memory demands).
699    ALLOCATE( buildings(1:num_build) )
700
701!
702!-- Store building IDs and check if building with certain ID is present on subdomain.
703    DO  nb = 1, num_build
704       buildings(nb)%id = build_ids_final(nb)
705
706       IF ( ANY( building_id_f%var(nys:nyn,nxl:nxr) == buildings(nb)%id ) )                        &
707          buildings(nb)%on_pe = .TRUE.
708    ENDDO
709!
710!-- Determine the maximum vertical dimension occupied by each building.
711    ALLOCATE( k_min_l(1:num_build) )
712    ALLOCATE( k_max_l(1:num_build) )
713    k_min_l = nzt + 1
714    k_max_l = 0
715
716    DO  i = nxl, nxr
717       DO  j = nys, nyn
718          IF ( building_id_f%var(j,i) /= building_id_f%fill )  THEN
719             nb = MINLOC( ABS( buildings(:)%id - building_id_f%var(j,i) ), DIM=1 )
720             DO  k = nzb, nzt+1
721!
722!--             Check if grid point belongs to a building.
723                IF ( BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 6 ) )  THEN
724                   k_min_l(nb) = MIN( k_min_l(nb), k )
725                   k_max_l(nb) = MAX( k_max_l(nb), k )
726                ENDIF
727
728             ENDDO
729          ENDIF
730       ENDDO
731    ENDDO
732
733#if defined( __parallel )
734    CALL MPI_ALLREDUCE( k_min_l(:), buildings(:)%kb_min, num_build, MPI_INTEGER, MPI_MIN, comm2d,  &
735                        ierr )
736    CALL MPI_ALLREDUCE( k_max_l(:), buildings(:)%kb_max, num_build, MPI_INTEGER, MPI_MAX, comm2d,  &
737                        ierr )
738#else
739    buildings(:)%kb_min = k_min_l(:)
740    buildings(:)%kb_max = k_max_l(:)
741#endif
742
743    DEALLOCATE( k_min_l )
744    DEALLOCATE( k_max_l )
745!
746!-- Calculate building height.
747    DO  nb = 1, num_build
748       buildings(nb)%building_height = 0.0_wp
749       DO  k = buildings(nb)%kb_min, buildings(nb)%kb_max
750          buildings(nb)%building_height = buildings(nb)%building_height + dzw(k+1)
751       ENDDO
752    ENDDO
753!
754!-- Calculate building volume
755    DO  nb = 1, num_build
756!
757!--    Allocate temporary array for summing-up building volume
758       ALLOCATE( volume(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max)   )
759       ALLOCATE( volume_l(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
760       volume   = 0.0_wp
761       volume_l = 0.0_wp
762!
763!--    Calculate building volume per height level on each PE where these building is present.
764       IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
765
766          ALLOCATE( buildings(nb)%volume(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max)   )
767          ALLOCATE( buildings(nb)%vol_frac(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
768          buildings(nb)%volume   = 0.0_wp
769          buildings(nb)%vol_frac = 0.0_wp
770
771          IF ( ANY( building_id_f%var(nys:nyn,nxl:nxr) == buildings(nb)%id ) )  THEN
772             DO  i = nxl, nxr
773                DO  j = nys, nyn
774                   DO  k = buildings(nb)%kb_min, buildings(nb)%kb_max
775                      IF ( building_id_f%var(j,i) /= building_id_f%fill )                          &
776                         volume_l(k) = volume_l(k) + dx * dy * dzw(k+1)
777                   ENDDO
778                ENDDO
779             ENDDO
780          ENDIF
781       ENDIF
782!
783!--    Sum-up building volume from all subdomains
784#if defined( __parallel )
785       CALL MPI_ALLREDUCE( volume_l, volume, SIZE(volume), MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
786#else
787       volume = volume_l
788#endif
789!
790!--    Save total building volume as well as local fraction on volume on building data structure.
791       IF ( ALLOCATED( buildings(nb)%volume ) )  buildings(nb)%volume = volume
792!
793!--    Determine fraction of local on total building volume
794       IF ( buildings(nb)%on_pe )  buildings(nb)%vol_frac = volume_l / volume
795!
796!--    Calculate total building volume
797       IF ( ALLOCATED( buildings(nb)%volume ) )  buildings(nb)%vol_tot = SUM( buildings(nb)%volume )
798
799       DEALLOCATE( volume   )
800       DEALLOCATE( volume_l )
801
802    ENDDO
803!
804!-- Allocate arrays for indoor temperature.
805    DO  nb = 1, num_build
806       IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
807          ALLOCATE( buildings(nb)%t_in(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max)   )
808          ALLOCATE( buildings(nb)%t_in_l(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
809          buildings(nb)%t_in   = 0.0_wp
810          buildings(nb)%t_in_l = 0.0_wp
811       ENDIF
812    ENDDO
813!
814!-- Allocate arrays for number of facades per height level. Distinguish between horizontal and
815!-- vertical facades.
816    DO  nb = 1, num_build
817       IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
818          ALLOCATE( buildings(nb)%num_facade_h(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
819          ALLOCATE( buildings(nb)%num_facade_v(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
820
821          buildings(nb)%num_facade_h = 0
822          buildings(nb)%num_facade_v = 0
823       ENDIF
824    ENDDO
825!
826!-- Determine number of facade elements per building on local subdomain.
827!-- Distinguish between horizontal and vertical facade elements.
828!
829!-- Horizontal facades
830    buildings(:)%num_facades_per_building_h_l = 0
831    DO  l = 0, 1
832       DO  m = 1, surf_usm_h(l)%ns
833!
834!--       For the current facade element determine corresponding building index.
835!--       First, obtain j,j,k indices of the building. Please note the offset between facade/surface
836!--       element and building location (for horizontal surface elements the horizontal offsets are
837!--       zero).
838          i = surf_usm_h(l)%i(m) + surf_usm_h(l)%ioff
839          j = surf_usm_h(l)%j(m) + surf_usm_h(l)%joff
840          k = surf_usm_h(l)%k(m) + surf_usm_h(l)%koff
841!
842!--       Determine building index and check whether building is on PE.
843          nb = MINLOC( ABS( buildings(:)%id - building_id_f%var(j,i) ), DIM=1 )
844
845          IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
846!
847!--          Count number of facade elements at each height level.
848             buildings(nb)%num_facade_h(k) = buildings(nb)%num_facade_h(k) + 1
849!
850!--          Moreover, sum up number of local facade elements per building.
851             buildings(nb)%num_facades_per_building_h_l =                                             &
852                                                      buildings(nb)%num_facades_per_building_h_l + 1
853          ENDIF
854       ENDDO
855    ENDDO
856!
857!-- Vertical facades
858    buildings(:)%num_facades_per_building_v_l = 0
859    DO  l = 0, 3
860       DO  m = 1, surf_usm_v(l)%ns
861!
862!--       For the current facade element determine corresponding building index.
863!--       First, obtain j,j,k indices of the building. Please note the offset between facade/surface
864!--       element and building location (for vertical surface elements the vertical offsets are
865!--       zero).
866          i = surf_usm_v(l)%i(m) + surf_usm_v(l)%ioff
867          j = surf_usm_v(l)%j(m) + surf_usm_v(l)%joff
868          k = surf_usm_v(l)%k(m) + surf_usm_v(l)%koff
869
870          nb = MINLOC( ABS( buildings(:)%id - building_id_f%var(j,i) ), DIM=1 )
871          IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
872             buildings(nb)%num_facade_v(k) = buildings(nb)%num_facade_v(k) + 1
873             buildings(nb)%num_facades_per_building_v_l =                                          &
874                                                      buildings(nb)%num_facades_per_building_v_l + 1
875          ENDIF
876       ENDDO
877    ENDDO
878!
879!-- Determine total number of facade elements per building and assign number to building data type.
880    DO  nb = 1, num_build
881!
882!--    Allocate dummy array used for summing-up facade elements.
883!--    Please note, dummy arguments are necessary as building-date type arrays are not necessarily
884!--    allocated on all PEs.
885       ALLOCATE( num_facades_h(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
886       ALLOCATE( num_facades_v(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
887       ALLOCATE( receive_dum_h(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
888       ALLOCATE( receive_dum_v(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
889       num_facades_h = 0
890       num_facades_v = 0
891       receive_dum_h = 0
892       receive_dum_v = 0
893
894       IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
895          num_facades_h = buildings(nb)%num_facade_h
896          num_facades_v = buildings(nb)%num_facade_v
897       ENDIF
898
899#if defined( __parallel )
900       CALL MPI_ALLREDUCE( num_facades_h,                                                          &
901                           receive_dum_h,                                                          &
902                           buildings(nb)%kb_max - buildings(nb)%kb_min + 1,                        &
903                           MPI_INTEGER,                                                            &
904                           MPI_SUM,                                                                &
905                           comm2d,                                                                 &
906                           ierr )
907
908       CALL MPI_ALLREDUCE( num_facades_v,                                                          &
909                           receive_dum_v,                                                          &
910                           buildings(nb)%kb_max - buildings(nb)%kb_min + 1,                        &
911                           MPI_INTEGER,                                                            &
912                           MPI_SUM,                                                                &
913                           comm2d,                                                                 &
914                           ierr )
915       IF ( ALLOCATED( buildings(nb)%num_facade_h ) )  buildings(nb)%num_facade_h = receive_dum_h
916       IF ( ALLOCATED( buildings(nb)%num_facade_v ) )  buildings(nb)%num_facade_v = receive_dum_v
917#else
918       buildings(nb)%num_facade_h = num_facades_h
919       buildings(nb)%num_facade_v = num_facades_v
920#endif
921
922!
923!--    Deallocate dummy arrays
924       DEALLOCATE( num_facades_h )
925       DEALLOCATE( num_facades_v )
926       DEALLOCATE( receive_dum_h )
927       DEALLOCATE( receive_dum_v )
928!
929!--    Allocate index arrays which link facade elements with surface-data type.
930!--    Please note, no height levels are considered here (information is stored in surface-data type
931!--    itself).
932       IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
933!
934!--       Determine number of facade elements per building.
935          buildings(nb)%num_facades_per_building_h = SUM( buildings(nb)%num_facade_h )
936          buildings(nb)%num_facades_per_building_v = SUM( buildings(nb)%num_facade_v )
937!
938!--       Allocate arrays which link the building with the horizontal and vertical urban-type
939!--       surfaces. Please note, linking arrays are allocated over all facade elements, which is
940!--       required in case a building is located at the subdomain boundaries, where the building and
941!--       the corresponding surface elements are located on different subdomains.
942          ALLOCATE( buildings(nb)%l_h(1:buildings(nb)%num_facades_per_building_h_l) )
943          ALLOCATE( buildings(nb)%m_h(1:buildings(nb)%num_facades_per_building_h_l) )
944
945          ALLOCATE( buildings(nb)%l_v(1:buildings(nb)%num_facades_per_building_v_l) )
946          ALLOCATE( buildings(nb)%m_v(1:buildings(nb)%num_facades_per_building_v_l) )
947
948          ALLOCATE( buildings(nb)%theta_m_t_prev_h(1:buildings(nb)%num_facades_per_building_h_l) )
949          ALLOCATE( buildings(nb)%theta_m_t_prev_v(1:buildings(nb)%num_facades_per_building_v_l) )
950       ENDIF
951
952       IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
953          ALLOCATE( buildings(nb)%vpf(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
954          buildings(nb)%vpf = 0.0_wp
955
956          facade_area_v = 0.0_wp
957          DO  k = buildings(nb)%kb_min, buildings(nb)%kb_max
958             facade_area_v = facade_area_v + buildings(nb)%num_facade_v(k) * dzw(k+1) * dx
959          ENDDO
960!
961!--       Determine volume per total facade area (vpf). For the horizontal facade area
962!--       num_facades_per_building_h can be taken, multiplied with dx*dy.
963!--       However, due to grid stretching, vertical facade elements must be summed-up vertically.
964!--       Please note, if dx /= dy, an error is made!
965          buildings(nb)%vpf = buildings(nb)%vol_tot /                                              &
966                              ( buildings(nb)%num_facades_per_building_h * dx * dy + facade_area_v )
967!
968!--       Determine floor-area-per-facade.
969          buildings(nb)%fapf = buildings(nb)%num_facades_per_building_h     * dx * dy              &
970                               / ( buildings(nb)%num_facades_per_building_h * dx * dy              &
971                                   + facade_area_v )
972       ENDIF
973    ENDDO
974!
975!-- Link facade elements with surface data type.
976!-- Allocate array for counting.
977    ALLOCATE( n_fa(1:num_build) )
978    n_fa = 1
979
980    DO  l = 0, 1
981       DO  m = 1, surf_usm_h(l)%ns
982          i = surf_usm_h(l)%i(m) + surf_usm_h(l)%ioff
983          j = surf_usm_h(l)%j(m) + surf_usm_h(l)%joff
984
985          nb = MINLOC( ABS( buildings(:)%id - building_id_f%var(j,i) ), DIM=1 )
986
987          IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
988             buildings(nb)%l_h(n_fa(nb)) = l
989             buildings(nb)%m_h(n_fa(nb)) = m
990             n_fa(nb) = n_fa(nb) + 1
991          ENDIF
992       ENDDO
993    ENDDO
994
995    n_fa = 1
996    DO  l = 0, 3
997       DO  m = 1, surf_usm_v(l)%ns
998          i = surf_usm_v(l)%i(m) + surf_usm_v(l)%ioff
999          j = surf_usm_v(l)%j(m) + surf_usm_v(l)%joff
1000
1001          nb = MINLOC( ABS( buildings(:)%id - building_id_f%var(j,i) ), DIM=1 )
1002
1003          IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
1004             buildings(nb)%l_v(n_fa(nb)) = l
1005             buildings(nb)%m_v(n_fa(nb)) = m
1006             n_fa(nb) = n_fa(nb) + 1
1007          ENDIF
1008       ENDDO
1009    ENDDO
1010    DEALLOCATE( n_fa )
1011!
1012!-- Initialize building parameters, first by mean building type. Note, in this case all buildings
1013!-- have the same type.
1014!-- In a second step initialize with building tpyes from static input file, where building types can
1015!-- be individual for each building.
1016    buildings(:)%lambda_layer3       = building_pars(31,building_type)
1017    buildings(:)%s_layer3            = building_pars(44,building_type)
1018    buildings(:)%f_c_win             = building_pars(119,building_type)
1019    buildings(:)%g_value_win         = building_pars(120,building_type)
1020    buildings(:)%u_value_win         = building_pars(121,building_type)
1021    buildings(:)%eta_ve              = building_pars(124,building_type)
1022    buildings(:)%factor_a            = building_pars(125,building_type)
1023    buildings(:)%factor_c            = building_pars(126,building_type)
1024    buildings(:)%lambda_at           = building_pars(127,building_type)
1025    buildings(:)%theta_int_h_set     = building_pars(13,building_type)
1026    buildings(:)%theta_int_c_set     = building_pars(12,building_type)
1027    buildings(:)%q_h_max             = building_pars(128,building_type)
1028    buildings(:)%q_c_max             = building_pars(129,building_type)
1029    buildings(:)%qint_high           = building_pars(130,building_type)
1030    buildings(:)%qint_low            = building_pars(131,building_type)
1031    buildings(:)%height_storey       = building_pars(132,building_type)
1032    buildings(:)%height_cei_con      = building_pars(133,building_type)
1033    buildings(:)%params_waste_heat_h = building_pars(134,building_type)
1034    buildings(:)%params_waste_heat_c = building_pars(135,building_type)
1035!
1036!-- Initialize seasonal dependent parameters, depending on day of the year.
1037!-- First, calculated day of the year.
1038    CALL get_date_time( time_since_reference_point, day_of_year = day_of_year )
1039!
1040!-- Summer is defined in between northward- and southward equinox.
1041    IF ( day_of_year >= northward_equinox  .AND.  day_of_year <= southward_equinox )  THEN
1042       buildings(:)%air_change_low      = summer_pars(0,building_type)
1043       buildings(:)%air_change_high     = summer_pars(1,building_type)
1044    ELSE
1045       buildings(:)%air_change_low      = winter_pars(0,building_type)
1046       buildings(:)%air_change_high     = winter_pars(1,building_type)
1047    ENDIF
1048!
1049!-- Initialize ventilation load. Please note, building types > 7 are actually not allowed (check
1050!-- already in urban_surface_mod and netcdf_data_input_mod.
1051!-- However, the building data base may be later extended.
1052    IF ( building_type ==  1  .OR.  building_type ==  2  .OR.                                      &
1053         building_type ==  3  .OR.  building_type == 10  .OR.                                      &
1054         building_type == 11  .OR.  building_type == 12 )  THEN
1055       buildings(:)%ventilation_int_loads = 1
1056!
1057!-- Office, building with large windows
1058    ELSEIF ( building_type ==  4  .OR.  building_type ==  5  .OR.                                  &
1059             building_type ==  6  .OR.  building_type ==  7  .OR.                                  &
1060             building_type ==  8  .OR.  building_type ==  9)  THEN
1061       buildings(:)%ventilation_int_loads = 2
1062!
1063!-- Industry, hospitals
1064    ELSEIF ( building_type == 13  .OR.  building_type == 14  .OR.                                  &
1065             building_type == 15  .OR.  building_type == 16  .OR.                                  &
1066             building_type == 17  .OR.  building_type == 18 )  THEN
1067       buildings(:)%ventilation_int_loads = 3
1068    ENDIF
1069!
1070!-- Initialization of building parameters - level 2
1071    IF ( building_type_f%from_file )  THEN
1072       DO  i = nxl, nxr
1073          DO  j = nys, nyn
1074              IF ( building_id_f%var(j,i) /= building_id_f%fill )  THEN
1075                 nb = MINLOC( ABS( buildings(:)%id - building_id_f%var(j,i) ), DIM=1 )
1076                 bt = building_type_f%var(j,i)
1077
1078                 buildings(nb)%lambda_layer3       = building_pars(31,bt)
1079                 buildings(nb)%s_layer3            = building_pars(44,bt)
1080                 buildings(nb)%f_c_win             = building_pars(119,bt)
1081                 buildings(nb)%g_value_win         = building_pars(120,bt)
1082                 buildings(nb)%u_value_win         = building_pars(121,bt)
1083                 buildings(nb)%eta_ve              = building_pars(124,bt)
1084                 buildings(nb)%factor_a            = building_pars(125,bt)
1085                 buildings(nb)%factor_c            = building_pars(126,bt)
1086                 buildings(nb)%lambda_at           = building_pars(127,bt)
1087                 buildings(nb)%theta_int_h_set     = building_pars(13,bt)
1088                 buildings(nb)%theta_int_c_set     = building_pars(12,bt)
1089                 buildings(nb)%q_h_max             = building_pars(128,bt)
1090                 buildings(nb)%q_c_max             = building_pars(129,bt)
1091                 buildings(nb)%qint_high           = building_pars(130,bt)
1092                 buildings(nb)%qint_low            = building_pars(131,bt)
1093                 buildings(nb)%height_storey       = building_pars(132,bt)
1094                 buildings(nb)%height_cei_con      = building_pars(133,bt)
1095                 buildings(nb)%params_waste_heat_h = building_pars(134,bt)
1096                 buildings(nb)%params_waste_heat_c = building_pars(135,bt)
1097
1098              IF ( day_of_year >= northward_equinox  .AND.  day_of_year <= southward_equinox )  THEN
1099                 buildings(nb)%air_change_low      = summer_pars(0,bt)
1100                 buildings(nb)%air_change_high     = summer_pars(1,bt)
1101              ELSE
1102                 buildings(nb)%air_change_low      = winter_pars(0,bt)
1103                 buildings(nb)%air_change_high     = winter_pars(1,bt)
1104              ENDIF
1105
1106!
1107!--              Initialize ventilaation load. Please note, building types > 7
1108!--              are actually not allowed (check already in urban_surface_mod
1109!--              and netcdf_data_input_mod. However, the building data base may
1110!--              be later extended.
1111                 IF ( bt ==  1  .OR.  bt ==  2  .OR.                                               &
1112                      bt ==  3  .OR.  bt == 10  .OR.                                               &
1113                      bt == 11  .OR.  bt == 12 )  THEN
1114                    buildings(nb)%ventilation_int_loads = 1
1115!
1116!--              Office, building with large windows
1117                 ELSEIF ( bt ==  4  .OR.  bt ==  5  .OR.                                           &
1118                          bt ==  6  .OR.  bt ==  7  .OR.                                           &
1119                          bt ==  8  .OR.  bt ==  9)  THEN
1120                    buildings(nb)%ventilation_int_loads = 2
1121!
1122!--              Industry, hospitals
1123                 ELSEIF ( bt == 13  .OR.  bt == 14  .OR.                                           &
1124                          bt == 15  .OR.  bt == 16  .OR.                                           &
1125                          bt == 17  .OR.  bt == 18 )  THEN
1126                    buildings(nb)%ventilation_int_loads = 3
1127                 ENDIF
1128              ENDIF
1129           ENDDO
1130        ENDDO
1131    ENDIF
1132!
1133!-- Calculation of surface-related heat transfer coeffiecient out of standard u-values from building
1134!-- database.
1135!-- Only amount of extern and surface is used.
1136!-- Otherwise amount between air and surface taken account twice.
1137    DO nb = 1, num_build
1138       IF ( buildings(nb)%on_pe ) THEN
1139          du_win_tmp = 1.0_wp / buildings(nb)%u_value_win
1140          u_tmp = buildings(nb)%u_value_win * ( du_win_tmp / ( du_win_tmp -                        &
1141                  0.125_wp + ( 1.0_wp / h_is ) ) )
1142
1143          du_tmp = 1.0_wp / u_tmp
1144
1145          buildings(nb)%h_es = 1.0_wp / ( du_tmp - ( 1.0_wp / h_is ) )
1146
1147       ENDIF
1148    ENDDO
1149!
1150!-- Initialize indoor temperature. Actually only for output at initial state.
1151    DO  nb = 1, num_build
1152       IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
1153          buildings(nb)%t_in(:) = initial_indoor_temperature
1154
1155!
1156!--       (after first loop, use theta_m_t as theta_m_t_prev)
1157          buildings(nb)%theta_m_t_prev_h(:) = initial_indoor_temperature
1158          buildings(nb)%theta_m_t_prev_v(:) = initial_indoor_temperature
1159
1160       ENDIF
1161    ENDDO
1162
1163    CALL location_message( 'initializing indoor model', 'finished' )
1164
1165 END SUBROUTINE im_init
1166
1167
1168!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
1169! Description:
1170! ------------
1171!> Main part of the indoor model.
1172!> Calculation of .... (kanani: Please describe)
1173!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
1174 SUBROUTINE im_main_heatcool
1175
1176!     USE basic_constants_and_equations_mod,                                     &
1177!         ONLY:  c_p
1178
1179    USE control_parameters,                                                                        &
1180        ONLY:  time_since_reference_point
1181
1182    USE grid_variables,                                                                            &
1183        ONLY:  dx, dy
1184
1185    USE pegrid
1186
1187    USE surface_mod,                                                                               &
1188        ONLY:  ind_veg_wall, ind_wat_win, surf_usm_h, surf_usm_v
1189
1190    USE urban_surface_mod,                                                                         &
1191        ONLY:  building_type, nzt_wall, t_wall_h, t_wall_v, t_window_h, t_window_v
1192
1193
1194    INTEGER(iwp) ::  fa   !< running index for facade elements of each building
1195    INTEGER(iwp) ::  i    !< index of facade-adjacent atmosphere grid point in x-direction
1196    INTEGER(iwp) ::  j    !< index of facade-adjacent atmosphere grid point in y-direction
1197    INTEGER(iwp) ::  k    !< index of facade-adjacent atmosphere grid point in z-direction
1198    INTEGER(iwp) ::  kk   !< vertical index of indoor grid point adjacent to facade
1199    INTEGER(iwp) ::  l    !< running index for surface-element orientation
1200    INTEGER(iwp) ::  m    !< running index surface elements
1201    INTEGER(iwp) ::  nb   !< running index for buildings
1202
1203    REAL(wp) ::  indoor_wall_window_temperature   !< weighted temperature of innermost wall/window layer
1204   
1205    REAL(wp) ::  indoor_wall_temperature   !< temperature of innermost wall layer evtl in im_calc_temperatures einfÃŒgen
1206   
1207    REAL(wp) ::  near_facade_temperature          !< outside air temperature 10cm away from facade
1208    REAL(wp) ::  second_of_day                    !< second of the current day
1209    REAL(wp) ::  time_utc_hour                    !< time of day (hour UTC)
1210
1211    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  t_in_l_send   !< dummy send buffer used for summing-up indoor temperature per kk-level
1212    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  t_in_recv     !< dummy recv buffer used for summing-up indoor temperature per kk-level
1213!
1214!-- Determine time of day in hours.
1215    CALL get_date_time( time_since_reference_point, second_of_day=second_of_day )
1216    time_utc_hour = second_of_day / seconds_per_hour
1217!
1218!-- Following calculations must be done for each facade element.
1219    DO  nb = 1, num_build
1220!
1221!--    First, check whether building is present on local subdomain.
1222       IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
1223!
1224!--       Determine daily schedule. 08:00-18:00 = 1, other hours = 0.
1225!--       Residental Building, panel WBS 70
1226          IF ( buildings(nb)%ventilation_int_loads == 1 )  THEN
1227             IF ( time_utc_hour >= 8.0_wp  .AND.  time_utc_hour <= 18.0_wp )  THEN
1228                schedule_d = 0
1229             ELSE
1230                schedule_d = 1
1231             ENDIF
1232          ENDIF
1233!
1234!--       Office, building with large windows
1235          IF ( buildings(nb)%ventilation_int_loads == 2 )  THEN
1236             IF ( time_utc_hour >= 8.0_wp  .AND.  time_utc_hour <= 18.0_wp )  THEN
1237                schedule_d = 1
1238             ELSE
1239                schedule_d = 0
1240             ENDIF
1241          ENDIF
1242!
1243!--       Industry, hospitals
1244          IF ( buildings(nb)%ventilation_int_loads == 3 )  THEN
1245             IF ( time_utc_hour >= 6.0_wp  .AND.  time_utc_hour <= 22.0_wp )  THEN
1246                schedule_d = 1
1247             ELSE
1248                schedule_d = 0
1249             ENDIF
1250          ENDIF
1251!
1252!--       Initialize/reset indoor temperature
1253          buildings(nb)%t_in_l = 0.0_wp
1254!
1255!--       Horizontal surfaces
1256          DO  fa = 1, buildings(nb)%num_facades_per_building_h_l
1257!
1258!--          Determine indices where corresponding surface-type information is stored.
1259             l = buildings(nb)%l_h(fa)
1260             m = buildings(nb)%m_h(fa)
1261!
1262!--          Determine building height level index.
1263             kk = surf_usm_h(l)%k(m) + surf_usm_h(l)%koff
1264!
1265!--          Building geometries --> not time-dependent
1266             facade_element_area          = dx * dy                               !< [m2] surface area per facade element
1267             floor_area_per_facade        = buildings(nb)%fapf                    !< [m2/m2] floor area per facade area
1268             indoor_volume_per_facade     = buildings(nb)%vpf(kk)                 !< [m3/m2] indoor air volume per facade area
1269             buildings(nb)%area_facade    = facade_element_area *                                  &
1270                                            ( buildings(nb)%num_facades_per_building_h +           &
1271                                              buildings(nb)%num_facades_per_building_v )              !< [m2] area of total facade
1272             window_area_per_facade       = surf_usm_h(l)%frac(m,ind_wat_win)  * facade_element_area  !< [m2] window area per facade
1273                                                                                                      !< element
1274
1275             buildings(nb)%net_floor_area = buildings(nb)%vol_tot / ( buildings(nb)%height_storey )
1276             total_area                   = buildings(nb)%net_floor_area                            !< [m2] area of all surfaces
1277                                                                                                    !< pointing to zone  Eq. (9) according to section 7.2.2.2
1278             a_m                          = buildings(nb)%factor_a * total_area *                  &
1279                                            ( facade_element_area / buildings(nb)%area_facade ) *  &
1280                                            buildings(nb)%lambda_at                                 !< [m2] standard values
1281                                                                                                    !< according to Table 12 section 12.3.1.2  (calculate over Eq. (65) according to section 12.3.1.2)
1282             c_m                          = buildings(nb)%factor_c * total_area *                  &
1283                                            ( facade_element_area / buildings(nb)%area_facade )     !< [J/K] standard values
1284                                                                                                    !< according to table 12 section 12.3.1.2 (calculate over Eq. (66) according to section 12.3.1.2)
1285!
1286!--          Calculation of heat transfer coefficient for transmission --> not time-dependent
1287             h_t_es   = window_area_per_facade * buildings(nb)%h_es                                   !< [W/K] only for windows
1288
1289             h_t_is  = buildings(nb)%area_facade * h_is                                               !< [W/K] with h_is = 3.45 W /
1290                                                                                                      !< (m2 K) between surface and air, Eq. (9)
1291             h_t_ms  = a_m * h_ms                                                                     !< [W/K] with h_ms = 9.10 W /
1292                                                                                                      !< (m2 K) between component and surface, Eq. (64)
1293             h_t_wall  = 1.0_wp / ( 1.0_wp / ( ( facade_element_area - window_area_per_facade )    &  !< [W/K]
1294                                    * buildings(nb)%lambda_layer3 / buildings(nb)%s_layer3 * 0.5_wp &
1295                                             ) + 1.0_wp / h_t_ms )                                    !< [W/K] opaque components
1296             h_t_wm  = 1.0_wp / ( 1.0_wp / h_t_wall - 1.0_wp / h_t_ms )                               !< [W/K] emmision Eq. (63),
1297                                                                                                      !< Section 12.2.2
1298!
1299!--          Internal air loads dependent on the occupacy of the room.
1300!--          Basical internal heat gains (qint_low) with additional internal heat gains by occupancy (qint_high) (0,5*phi_int).
1301             phi_ia = 0.5_wp * ( ( buildings(nb)%qint_high * schedule_d + buildings(nb)%qint_low ) &
1302                              * floor_area_per_facade )
1303             q_int = phi_ia / total_area
1304!
1305!--          Airflow dependent on the occupacy of the room.
1306!--          Basical airflow (air_change_low) with additional airflow gains by occupancy (air_change_high)
1307             air_change = ( buildings(nb)%air_change_high * schedule_d + buildings(nb)%air_change_low )  !< [1/h]?
1308!
1309!--          Heat transfer of ventilation.
1310!--          Not less than 0.01 W/K to avoid division by 0 in further calculations with heat
1311!--          capacity of air 0.33 Wh/m2K.
1312             h_v   = MAX( 0.01_wp , ( air_change * indoor_volume_per_facade *                      &
1313                                      0.33_wp * (1.0_wp - buildings(nb)%eta_ve ) ) )    !< [W/K] from ISO 13789 Eq.(10)
1314
1315!--          Heat transfer coefficient auxiliary variables
1316             h_t_1 = 1.0_wp / ( ( 1.0_wp / h_v )   + ( 1.0_wp / h_t_is ) )  !< [W/K] Eq. (C.6)
1317             h_t_2 = h_t_1 + h_t_es                                         !< [W/K] Eq. (C.7)
1318             h_t_3 = 1.0_wp / ( ( 1.0_wp / h_t_2 ) + ( 1.0_wp / h_t_ms ) )  !< [W/K] Eq. (C.8)
1319!
1320!--          Net short-wave radiation through window area (was i_global)
1321             net_sw_in = surf_usm_h(l)%rad_sw_in(m) - surf_usm_h(l)%rad_sw_out(m)
1322!
1323!--          Quantities needed for im_calc_temperatures
1324             i = surf_usm_h(l)%i(m)
1325             j = surf_usm_h(l)%j(m)
1326             k = surf_usm_h(l)%k(m)
1327             near_facade_temperature = surf_usm_h(l)%pt_10cm(m)
1328             indoor_wall_window_temperature =                                                             &
1329                                            surf_usm_h(l)%frac(m,ind_veg_wall) * t_wall_h(l)%val(nzt_wall,m) &
1330                                          + surf_usm_h(l)%frac(m,ind_wat_win)  * t_window_h(l)%val(nzt_wall,m)
1331             indoor_wall_temperature = surf_usm_h(l)%frac(m,ind_veg_wall) * t_wall_h(l)%val(nzt_wall,m)
1332!
1333!--          Solar thermal gains. If net_sw_in larger than sun-protection threshold parameter
1334!--          (params_solar_protection), sun protection will be activated.
1335             IF ( net_sw_in <= params_solar_protection )  THEN
1336                solar_protection_off = 1
1337                solar_protection_on  = 0
1338             ELSE
1339                solar_protection_off = 0
1340                solar_protection_on  = 1
1341             ENDIF
1342!
1343!--          Calculation of total heat gains from net_sw_in through windows [W] in respect on
1344!--          automatic sun protection.
1345!--          DIN 4108 - 2 chap.8
1346             phi_sol = (   window_area_per_facade * net_sw_in * solar_protection_off               &
1347                         + window_area_per_facade * net_sw_in * buildings(nb)%f_c_win *            &
1348                           solar_protection_on )                                                   &
1349                       * buildings(nb)%g_value_win * ( 1.0_wp - params_f_f ) * params_f_w
1350             q_sol = phi_sol
1351!
1352!--          Calculation of the mass specific thermal load for internal and external heatsources of
1353!--          the inner node.
1354             phi_m   = (a_m / total_area) * ( phi_ia + phi_sol )                                    !< [W] Eq. (C.2) with
1355                                                                                                    !< phi_ia=0,5*phi_int
1356             q_c_m = phi_m
1357!
1358!--          Calculation mass specific thermal load implied non thermal mass
1359             phi_st  =   ( 1.0_wp - ( a_m / total_area ) - ( h_t_es / ( 9.1_wp * total_area ) ) )  &
1360                       * ( phi_ia + phi_sol )                                                       !< [W] Eq. (C.3) with
1361                                                                                                    !< phi_ia=0,5*phi_int
1362             q_c_st = phi_st
1363!
1364!--          Calculations for deriving indoor temperature and heat flux into the wall
1365!--          Step 1: indoor temperature without heating and cooling
1366!--          section C.4.1 Picture C.2 zone 3)
1367             phi_hc_nd = 0.0_wp
1368
1369             CALL  im_calc_temperatures ( i, j, k, indoor_wall_window_temperature, indoor_wall_temperature, &
1370                                          near_facade_temperature, phi_hc_nd, buildings(nb)%theta_m_t_prev_h(fa) )
1371!
1372!--          If air temperature between border temperatures of heating and cooling, assign output
1373!--          variable, then ready.
1374             IF ( buildings(nb)%theta_int_h_set <= theta_air  .AND.                                &
1375                  theta_air <= buildings(nb)%theta_int_c_set )  THEN
1376                phi_hc_nd_ac = 0.0_wp
1377                phi_hc_nd    = phi_hc_nd_ac
1378                theta_air_ac = theta_air
1379!
1380!--          Step 2: Else, apply 10 W/m2 heating/cooling power and calculate indoor temperature
1381!--          again.
1382             ELSE
1383!
1384!--             Temperature not correct, calculation method according to section C4.2
1385                theta_air_0 = theta_air                                                  !< temperature without heating/cooling
1386!
1387!--             Heating or cooling?
1388                IF ( theta_air_0 > buildings(nb)%theta_int_c_set )  THEN
1389                   theta_air_set = buildings(nb)%theta_int_c_set
1390                ELSE
1391                   theta_air_set = buildings(nb)%theta_int_h_set
1392                ENDIF
1393!
1394!--             Calculate the temperature with phi_hc_nd_10
1395                phi_hc_nd_10 = 10.0_wp * floor_area_per_facade
1396                phi_hc_nd    = phi_hc_nd_10
1397
1398                CALL  im_calc_temperatures ( i, j, k, indoor_wall_window_temperature, indoor_wall_temperature, &
1399                                             near_facade_temperature, phi_hc_nd, buildings(nb)%theta_m_t_prev_h(fa) )
1400                theta_air_10 = theta_air                                                !< temperature with 10 W/m2 of heating
1401                phi_hc_nd_un = phi_hc_nd_10 * (theta_air_set - theta_air_0)                        &
1402                                            / (theta_air_10  - theta_air_0)             !< Eq. (C.13)
1403!
1404!--             Step 3: with temperature ratio to determine the heating or cooling capacity.
1405!--             If necessary, limit the power to maximum power.
1406!--             section C.4.1 Picture C.2 zone 2) and 4)
1407                buildings(nb)%phi_c_max = buildings(nb)%q_c_max * floor_area_per_facade
1408                buildings(nb)%phi_h_max = buildings(nb)%q_h_max * floor_area_per_facade
1409                IF ( buildings(nb)%phi_c_max < phi_hc_nd_un  .AND.                                 &
1410                     phi_hc_nd_un < buildings(nb)%phi_h_max )  THEN
1411                   phi_hc_nd_ac = phi_hc_nd_un
1412                   phi_hc_nd = phi_hc_nd_un
1413                ELSE
1414!
1415!--             Step 4: inner temperature with maximum heating (phi_hc_nd_un positive) or cooling
1416!--                     (phi_hc_nd_un negative)
1417!--             section C.4.1 Picture C.2 zone 1) and 5)
1418                   IF ( phi_hc_nd_un > 0.0_wp )  THEN
1419                      phi_hc_nd_ac = buildings(nb)%phi_h_max                            !< Limit heating
1420                   ELSE
1421                      phi_hc_nd_ac = buildings(nb)%phi_c_max                            !< Limit cooling
1422                   ENDIF
1423                ENDIF
1424                phi_hc_nd = phi_hc_nd_ac
1425!
1426!--             Calculate the temperature with phi_hc_nd_ac (new)
1427                CALL  im_calc_temperatures ( i, j, k, indoor_wall_window_temperature, indoor_wall_temperature, &
1428                                             near_facade_temperature, phi_hc_nd, buildings(nb)%theta_m_t_prev_h(fa) )
1429                theta_air_ac = theta_air
1430             ENDIF
1431!
1432!--          Update theta_m_t_prev
1433             buildings(nb)%theta_m_t_prev_h(fa) = theta_m_t
1434
1435
1436             q_vent = h_v * ( theta_air - near_facade_temperature )
1437!
1438!--          Calculate the operating temperature with weighted mean temperature of air and mean
1439!--          solar temperature.
1440!--          Will be used for thermal comfort calculations.
1441             theta_op     = 0.3_wp * theta_air_ac + 0.7_wp * theta_s          !< [degree_C] operative Temperature Eq. (C.12)
1442
1443!              surf_usm_h(l)%t_indoor(m) = theta_op                               !< not integrated now
1444!
1445!--          Heat flux into the wall. Value needed in urban_surface_mod to
1446!--          calculate heat transfer through wall layers towards the facade
1447!--          (use c_p * rho_surface to convert [W/m2] into [K m/s])
1448             q_wall = h_t_wm * ( indoor_wall_temperature - theta_m )                               &
1449                                    / ( facade_element_area - window_area_per_facade )
1450             q_win = h_t_es * ( pt(k,j,i) - theta_s )                                              &
1451                                    / ( window_area_per_facade )
1452!
1453!--          Transfer q_wall & q_win back to USM (innermost wall/window layer)
1454             surf_usm_h(l)%iwghf_eb(m)        = - q_wall
1455             surf_usm_h(l)%iwghf_eb_window(m) = - q_win
1456!
1457!--          Sum up operational indoor temperature per kk-level. Further below, this temperature is
1458!--          reduced by MPI to one temperature per kk-level and building (processor overlapping).
1459             buildings(nb)%t_in_l(kk) = buildings(nb)%t_in_l(kk) + theta_op
1460!
1461!--          Calculation of waste heat.
1462!--          Anthropogenic heat output.
1463             IF ( phi_hc_nd_ac > 0.0_wp )  THEN
1464                heating_on = 1
1465                cooling_on = 0
1466             ELSE
1467                heating_on = 0
1468                cooling_on = -1
1469             ENDIF
1470
1471             q_waste_heat = ( phi_hc_nd * (                                                        &
1472                              buildings(nb)%params_waste_heat_h * heating_on +                     &
1473                              buildings(nb)%params_waste_heat_c * cooling_on )                     &
1474                            ) / facade_element_area                                             !< [W/m2] , observe the directional
1475                                                                                                !< convention in PALM!
1476             surf_usm_h(l)%waste_heat(m) = 0.0_wp !q_waste_heat
1477          ENDDO !< Horizontal surfaces loop
1478!
1479!--       Vertical surfaces
1480          DO  fa = 1, buildings(nb)%num_facades_per_building_v_l
1481!
1482!--          Determine indices where corresponding surface-type information is stored.
1483             l = buildings(nb)%l_v(fa)
1484             m = buildings(nb)%m_v(fa)
1485!
1486!--          Determine building height level index.
1487             kk = surf_usm_v(l)%k(m) + surf_usm_v(l)%koff
1488!
1489!--          (SOME OF THE FOLLOWING (not time-dependent) COULD PROBABLY GO INTO A FUNCTION
1490!--          EXCEPT facade_element_area, EVERYTHING IS CALCULATED EQUALLY)
1491!--          Building geometries  --> not time-dependent
1492             IF ( l == 0  .OR. l == 1 ) facade_element_area = dx * dzw(kk+1)    !< [m2] surface area per facade element
1493             IF ( l == 2  .OR. l == 3 ) facade_element_area = dy * dzw(kk+1)    !< [m2] surface area per facade element
1494
1495             floor_area_per_facade        = buildings(nb)%fapf                  !< [m2/m2] floor area per facade area
1496             indoor_volume_per_facade     = buildings(nb)%vpf(kk)               !< [m3/m2] indoor air volume per facade area
1497             buildings(nb)%area_facade    = facade_element_area *                                  &
1498                                            ( buildings(nb)%num_facades_per_building_h +           &
1499                                              buildings(nb)%num_facades_per_building_v )              !< [m2] area of total facade
1500             window_area_per_facade       = surf_usm_v(l)%frac(m,ind_wat_win) * facade_element_area   !< [m2] window area per
1501                                                                                                      !< facade element
1502
1503             buildings(nb)%net_floor_area = buildings(nb)%vol_tot / ( buildings(nb)%height_storey )
1504             total_area                   = buildings(nb)%net_floor_area                              !< [m2] area of all surfaces
1505                                                                                                      !< pointing to zone  Eq. (9) according to section 7.2.2.2
1506             a_m                          = buildings(nb)%factor_a * total_area *                  &
1507                                            ( facade_element_area / buildings(nb)%area_facade ) *  &
1508                                              buildings(nb)%lambda_at                                 !< [m2] standard values
1509                                                                                                      !< according to Table 12 section 12.3.1.2  (calculate over Eq. (65) according to section 12.3.1.2)
1510             c_m                          = buildings(nb)%factor_c * total_area *                   &
1511                                            ( facade_element_area / buildings(nb)%area_facade )       !< [J/K] standard values
1512                                                                                                      !< according to table 12 section 12.3.1.2 (calculate over Eq. (66) according to section 12.3.1.2)
1513!
1514!--          Calculation of heat transfer coefficient for transmission --> not time-dependent
1515             h_t_es   = window_area_per_facade * buildings(nb)%h_es                                   !< [W/K] only for windows
1516
1517             h_t_is  = buildings(nb)%area_facade  * h_is                                              !< [W/K] with h_is = 3.45 W /
1518                                                                                                      !< (m2 K) between surface and air, Eq. (9)
1519             h_t_ms  = a_m * h_ms                                                                     !< [W/K] with h_ms = 9.10 W /
1520                                                                                                      !< (m2 K) between component and surface, Eq. (64)
1521             h_t_wall  = 1.0_wp / ( 1.0_wp / ( ( facade_element_area - window_area_per_facade )    &  !< [W/K]
1522                                    * buildings(nb)%lambda_layer3 / buildings(nb)%s_layer3 * 0.5_wp &
1523                                             ) + 1.0_wp / h_t_ms )                                    !< [W/K] opaque components
1524             h_t_wm  = 1.0_wp / ( 1.0_wp / h_t_wall - 1.0_wp / h_t_ms )                               !< [W/K] emmision Eq. (63), Section 12.2.2
1525!
1526!--          Internal air loads dependent on the occupacy of the room.
1527!--          Basical internal heat gains (qint_low) with additional internal heat gains by occupancy
1528!--          (qint_high) (0,5*phi_int)
1529             phi_ia = 0.5_wp * ( ( buildings(nb)%qint_high * schedule_d + buildings(nb)%qint_low ) &
1530                             * floor_area_per_facade )
1531             q_int = phi_ia
1532
1533!
1534!--          Airflow dependent on the occupacy of the room.
1535!--          Basical airflow (air_change_low) with additional airflow gains by occupancy
1536!--          (air_change_high)
1537             air_change = ( buildings(nb)%air_change_high * schedule_d +                           &
1538                          buildings(nb)%air_change_low )
1539!
1540!--          Heat transfer of ventilation.
1541!--          Not less than 0.01 W/K to avoid division by 0 in further calculations with heat
1542!--          capacity of air 0.33 Wh/m2K
1543             h_v   = MAX( 0.01_wp , ( air_change * indoor_volume_per_facade *                      &
1544                                    0.33_wp * (1.0_wp - buildings(nb)%eta_ve ) ) )                    !< [W/K] from ISO 13789
1545                                                                                                      !< Eq.(10)
1546
1547!--          Heat transfer coefficient auxiliary variables
1548             h_t_1 = 1.0_wp / ( ( 1.0_wp / h_v )   + ( 1.0_wp / h_t_is ) )                            !< [W/K] Eq. (C.6)
1549             h_t_2 = h_t_1 + h_t_es                                                                   !< [W/K] Eq. (C.7)
1550             h_t_3 = 1.0_wp / ( ( 1.0_wp / h_t_2 ) + ( 1.0_wp / h_t_ms ) )                            !< [W/K] Eq. (C.8)
1551!
1552!--          Net short-wave radiation through window area (was i_global)
1553             net_sw_in = surf_usm_v(l)%rad_sw_in(m) - surf_usm_v(l)%rad_sw_out(m)
1554!
1555!--          Quantities needed for im_calc_temperatures
1556             i = surf_usm_v(l)%i(m)
1557             j = surf_usm_v(l)%j(m)
1558             k = surf_usm_v(l)%k(m)
1559             near_facade_temperature = surf_usm_v(l)%pt_10cm(m)
1560             indoor_wall_window_temperature =                                                          &
1561                                    surf_usm_v(l)%frac(m,ind_veg_wall) * t_wall_v(l)%val(nzt_wall,m)   &
1562                                  + surf_usm_v(l)%frac(m,ind_wat_win)  * t_window_v(l)%val(nzt_wall,m)
1563             indoor_wall_temperature = surf_usm_v(l)%frac(m,ind_veg_wall) * t_wall_v(l)%val(nzt_wall,m) 
1564
1565!
1566!--          Solar thermal gains. If net_sw_in larger than sun-protection
1567!--          threshold parameter (params_solar_protection), sun protection will
1568!--          be activated
1569             IF ( net_sw_in <= params_solar_protection )  THEN
1570                solar_protection_off = 1
1571                solar_protection_on  = 0
1572             ELSE
1573                solar_protection_off = 0
1574                solar_protection_on  = 1
1575             ENDIF
1576!
1577!--          Calculation of total heat gains from net_sw_in through windows [W] in respect on
1578!--          automatic sun protection.
1579!--          DIN 4108 - 2 chap.8
1580             phi_sol = (   window_area_per_facade * net_sw_in * solar_protection_off               &
1581                         + window_area_per_facade * net_sw_in * buildings(nb)%f_c_win *            &
1582                           solar_protection_on )                                                   &
1583                       * buildings(nb)%g_value_win * ( 1.0_wp - params_f_f ) * params_f_w
1584             q_sol = phi_sol
1585!
1586!--          Calculation of the mass specific thermal load for internal and external heatsources.
1587             phi_m   = (a_m / total_area) * ( phi_ia + phi_sol )          !< [W] Eq. (C.2) with phi_ia=0,5*phi_int
1588             q_c_m = phi_m
1589!
1590!--          Calculation mass specific thermal load implied non thermal mass.
1591             phi_st  =   ( 1.0_wp - ( a_m / total_area ) - ( h_t_es / ( 9.1_wp * total_area ) ) )  &
1592                       * ( phi_ia + phi_sol )                                                       !< [W] Eq. (C.3) with
1593                                                                                                    !< phi_ia=0,5*phi_int
1594             q_c_st = phi_st
1595!
1596!--          Calculations for deriving indoor temperature and heat flux into the wall.
1597!--          Step 1: indoor temperature without heating and cooling.
1598!--          section C.4.1 Picture C.2 zone 3)
1599             phi_hc_nd = 0.0_wp
1600             CALL im_calc_temperatures ( i, j, k, indoor_wall_window_temperature, indoor_wall_temperature, &
1601                                         near_facade_temperature, phi_hc_nd, buildings(nb)%theta_m_t_prev_v(fa) )
1602!
1603!--          If air temperature between border temperatures of heating and cooling, assign output
1604!--          variable, then ready.
1605             IF ( buildings(nb)%theta_int_h_set <= theta_air  .AND.                                &
1606                  theta_air <= buildings(nb)%theta_int_c_set )  THEN
1607                phi_hc_nd_ac = 0.0_wp
1608                phi_hc_nd    = phi_hc_nd_ac
1609                theta_air_ac = theta_air
1610!
1611!--          Step 2: Else, apply 10 W/m2 heating/cooling power and calculate indoor temperature
1612!--          again.
1613             ELSE
1614!
1615!--             Temperature not correct, calculation method according to section C4.2
1616                theta_air_0 = theta_air !< Note temperature without heating/cooling
1617!
1618!--             Heating or cooling?
1619                IF ( theta_air_0 > buildings(nb)%theta_int_c_set )  THEN
1620                   theta_air_set = buildings(nb)%theta_int_c_set
1621                ELSE
1622                   theta_air_set = buildings(nb)%theta_int_h_set
1623                ENDIF
1624
1625!--             Calculate the temperature with phi_hc_nd_10
1626                phi_hc_nd_10 = 10.0_wp * floor_area_per_facade
1627                phi_hc_nd    = phi_hc_nd_10
1628
1629                CALL  im_calc_temperatures ( i, j, k, indoor_wall_window_temperature, indoor_wall_temperature, &
1630                                             near_facade_temperature, phi_hc_nd, buildings(nb)%theta_m_t_prev_v(fa) )
1631
1632                theta_air_10 = theta_air !< Note the temperature with 10 W/m2 of heating
1633
1634                phi_hc_nd_un = phi_hc_nd_10 * ( theta_air_set - theta_air_0 )                      &
1635                                            / ( theta_air_10  - theta_air_0 )            !< Eq. (C.13)
1636!
1637!--             Step 3: with temperature ratio to determine the heating or cooling capacity
1638!--             If necessary, limit the power to maximum power.
1639!--             section C.4.1 Picture C.2 zone 2) and 4)
1640                buildings(nb)%phi_c_max = buildings(nb)%q_c_max * floor_area_per_facade
1641                buildings(nb)%phi_h_max = buildings(nb)%q_h_max * floor_area_per_facade
1642                IF ( buildings(nb)%phi_c_max < phi_hc_nd_un  .AND.                                 &
1643                     phi_hc_nd_un < buildings(nb)%phi_h_max )  THEN
1644                   phi_hc_nd_ac = phi_hc_nd_un
1645                   phi_hc_nd = phi_hc_nd_un
1646                ELSE
1647!
1648!--             Step 4: inner temperature with maximum heating (phi_hc_nd_un positive) or cooling
1649!--                     (phi_hc_nd_un negative)
1650!--             section C.4.1 Picture C.2 zone 1) and 5)
1651                   IF ( phi_hc_nd_un > 0.0_wp )  THEN
1652                      phi_hc_nd_ac = buildings(nb)%phi_h_max                                         !< Limit heating
1653                   ELSE
1654                      phi_hc_nd_ac = buildings(nb)%phi_c_max                                         !< Limit cooling
1655                   ENDIF
1656                ENDIF
1657                phi_hc_nd = phi_hc_nd_ac
1658!
1659!--             Calculate the temperature with phi_hc_nd_ac (new)
1660                CALL  im_calc_temperatures ( i, j, k, indoor_wall_window_temperature, indoor_wall_temperature, &
1661                                             near_facade_temperature, phi_hc_nd, buildings(nb)%theta_m_t_prev_v(fa) )
1662                theta_air_ac = theta_air
1663             ENDIF
1664!
1665!--          Update theta_m_t_prev
1666             buildings(nb)%theta_m_t_prev_v(fa) = theta_m_t
1667
1668
1669             q_vent = h_v * ( theta_air - near_facade_temperature )
1670!
1671!--          Calculate the operating temperature with weighted mean of temperature of air and mean.
1672!--          Will be used for thermal comfort calculations.
1673             theta_op     = 0.3_wp * theta_air_ac + 0.7_wp * theta_s
1674
1675!              surf_usm_v(l)%t_indoor(m) = theta_op                  !< not integrated yet
1676!
1677!--          Heat flux into the wall. Value needed in urban_surface_mod to
1678!--          calculate heat transfer through wall layers towards the facade
1679             q_wall = h_t_wm * ( indoor_wall_temperature - theta_m )                               &
1680                                    / ( facade_element_area - window_area_per_facade )
1681             q_win = h_t_es * ( pt(k,j,i) - theta_s )                                              &
1682                                    / ( window_area_per_facade )
1683!
1684!--          Transfer q_wall & q_win back to USM (innermost wall/window layer)
1685             surf_usm_v(l)%iwghf_eb(m)        = - q_wall
1686             surf_usm_v(l)%iwghf_eb_window(m) = - q_win
1687!
1688!--          Sum up operational indoor temperature per kk-level. Further below, this temperature is
1689!--          reduced by MPI to one temperature per kk-level and building (processor overlapping).
1690             buildings(nb)%t_in_l(kk) = buildings(nb)%t_in_l(kk) + theta_op
1691!
1692!--          Calculation of waste heat.
1693!--          Anthropogenic heat output.
1694             IF ( phi_hc_nd_ac > 0.0_wp )  THEN
1695                heating_on = 1
1696                cooling_on = 0
1697             ELSE
1698                heating_on = 0
1699                cooling_on = -1
1700             ENDIF
1701
1702             q_waste_heat = ( phi_hc_nd * ( buildings(nb)%params_waste_heat_h * heating_on +       &
1703                                            buildings(nb)%params_waste_heat_c * cooling_on )       &
1704                                                    ) / facade_element_area  !< [W/m2] , observe the directional convention in
1705                                                                             !< PALM!
1706             surf_usm_v(l)%waste_heat(m) = 0.0_wp !q_waste_heat
1707          ENDDO !< Vertical surfaces loop
1708       ENDIF !< buildings(nb)%on_pe
1709    ENDDO !< buildings loop
1710
1711!
1712!-- Determine the mean building temperature.
1713    DO  nb = 1, num_build
1714!
1715!--    Allocate dummy array used for summing-up facade elements.
1716!--    Please note, dummy arguments are necessary as building-date type arrays are not necessarily
1717!--    allocated on all PEs.
1718       ALLOCATE( t_in_l_send(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
1719       ALLOCATE( t_in_recv(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
1720       t_in_l_send = 0.0_wp
1721       t_in_recv   = 0.0_wp
1722
1723       IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
1724          t_in_l_send = buildings(nb)%t_in_l
1725       ENDIF
1726
1727
1728#if defined( __parallel )
1729       CALL MPI_ALLREDUCE( t_in_l_send,                                                            &
1730                           t_in_recv,                                                              &
1731                           buildings(nb)%kb_max - buildings(nb)%kb_min + 1,                        &
1732                           MPI_REAL,                                                               &
1733                           MPI_SUM,                                                                &
1734                           comm2d,                                                                 &
1735                           ierr )
1736
1737       IF ( ALLOCATED( buildings(nb)%t_in ) )  buildings(nb)%t_in = t_in_recv
1738#else
1739       IF ( ALLOCATED( buildings(nb)%t_in ) )  buildings(nb)%t_in = buildings(nb)%t_in_l
1740#endif
1741
1742       IF ( ALLOCATED( buildings(nb)%t_in ) )  THEN
1743!
1744!--       Average indoor temperature. Note, in case a building is completely surrounded by higher
1745!--       buildings, it may have no facade elements at some height levels, which will lead to a
1746!--       division by zero.
1747          DO  k = buildings(nb)%kb_min, buildings(nb)%kb_max
1748             IF ( buildings(nb)%num_facade_h(k) + buildings(nb)%num_facade_v(k) > 0 )  THEN
1749                buildings(nb)%t_in(k) = buildings(nb)%t_in(k) /                                    &
1750                                        REAL( buildings(nb)%num_facade_h(k) +                      &
1751                                              buildings(nb)%num_facade_v(k), KIND = wp )
1752             ENDIF
1753          ENDDO
1754!
1755!--       If indoor temperature is not defined because of missing facade elements, the values from
1756!--       the above-lying level will be taken.
1757!--       At least at the top of the buildings facades are defined, so that at least there an indoor
1758!--       temperature is defined. This information will propagate downwards the building.
1759          DO  k = buildings(nb)%kb_max-1, buildings(nb)%kb_min, -1
1760             IF ( buildings(nb)%num_facade_h(k) + buildings(nb)%num_facade_v(k) <= 0 )  THEN
1761                buildings(nb)%t_in(k) = buildings(nb)%t_in(k+1)
1762             ENDIF
1763          ENDDO
1764       ENDIF
1765
1766
1767!
1768!--    Deallocate dummy arrays
1769       DEALLOCATE( t_in_l_send )
1770       DEALLOCATE( t_in_recv )
1771
1772    ENDDO
1773
1774 END SUBROUTINE im_main_heatcool
1775
1776
1777!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
1778! Description:
1779!-------------
1780!> Check data output for plant canopy model
1781!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
1782 SUBROUTINE im_check_data_output( var, unit )
1783
1784    CHARACTER (LEN=*) ::  unit   !<
1785    CHARACTER (LEN=*) ::  var    !<
1786
1787    SELECT CASE ( TRIM( var ) )
1788
1789
1790        CASE ( 'im_hf_roof')
1791           unit = 'W m-2'
1792
1793        CASE ( 'im_hf_wall_win' )
1794           unit = 'W m-2'
1795
1796        CASE ( 'im_hf_wall_win_waste' )
1797           unit = 'W m-2'
1798
1799        CASE ( 'im_hf_roof_waste' )
1800           unit = 'W m-2'
1801
1802        CASE ( 'im_t_indoor_mean' )
1803           unit = 'K'
1804
1805        CASE ( 'im_t_indoor_roof' )
1806           unit = 'K'
1807
1808        CASE ( 'im_t_indoor_wall_win' )
1809           unit = 'K'
1810           
1811        CASE ( 'im_t_indoor_wall' )
1812           unit = 'K'
1813
1814        CASE DEFAULT
1815           unit = 'illegal'
1816
1817    END SELECT
1818
1819 END SUBROUTINE
1820
1821
1822!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
1823! Description:
1824!-------------
1825!> Check parameters routine for plant canopy model
1826!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
1827 SUBROUTINE im_check_parameters
1828
1829!   USE control_parameters,
1830!       ONLY: message_string
1831
1832 END SUBROUTINE im_check_parameters
1833
1834
1835!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
1836! Description:
1837!-------------
1838!> Subroutine defining appropriate grid for netcdf variables.
1839!> It is called from subroutine netcdf.
1840!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
1841 SUBROUTINE im_define_netcdf_grid( var, found, grid_x, grid_y, grid_z )
1842
1843    CHARACTER (LEN=*), INTENT(OUT) ::  grid_x
1844    CHARACTER (LEN=*), INTENT(OUT) ::  grid_y
1845    CHARACTER (LEN=*), INTENT(OUT) ::  grid_z
1846    CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN)  ::  var
1847
1848    LOGICAL, INTENT(OUT)           ::  found
1849
1850
1851    found   = .TRUE.
1852!
1853!-- Check for the grid
1854    SELECT CASE ( TRIM( var ) )
1855
1856       CASE ( 'im_hf_roof', 'im_hf_roof_waste' )
1857          grid_x = 'x'
1858          grid_y = 'y'
1859          grid_z = 'zw'
1860!
1861!--    Heat fluxes at vertical walls are actually defined on stagged grid, i.e. xu, yv.
1862       CASE ( 'im_hf_wall_win', 'im_hf_wall_win_waste' )
1863          grid_x = 'x'
1864          grid_y = 'y'
1865          grid_z = 'zu'
1866
1867       CASE ( 'im_t_indoor_mean', 'im_t_indoor_roof', 'im_t_indoor_wall_win', 'indoor_wall' )
1868          grid_x = 'x'
1869          grid_y = 'y'
1870          grid_z = 'zw'
1871
1872       CASE DEFAULT
1873          found  = .FALSE.
1874          grid_x = 'none'
1875          grid_y = 'none'
1876          grid_z = 'none'
1877    END SELECT
1878
1879 END SUBROUTINE im_define_netcdf_grid
1880
1881
1882!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
1883! Description:
1884! ------------
1885!> Subroutine defining 3D output variables
1886!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
1887 SUBROUTINE im_data_output_3d( av, variable, found, local_pf, fill_value, nzb_do, nzt_do )
1888
1889    USE indices
1890
1891    USE kinds
1892
1893    CHARACTER (LEN=*) ::  variable !<
1894
1895    INTEGER(iwp) ::  av    !<
1896    INTEGER(iwp) ::  i     !<
1897    INTEGER(iwp) ::  j     !<
1898    INTEGER(iwp) ::  k     !<
1899    INTEGER(iwp) ::  l     !<
1900    INTEGER(iwp) ::  m     !<
1901    INTEGER(iwp) ::  nb    !< index of the building in the building data structure
1902    INTEGER(iwp) ::  nzb_do !< lower limit of the data output (usually 0)
1903    INTEGER(iwp) ::  nzt_do !< vertical upper limit of the data output (usually nz_do3d)
1904
1905    LOGICAL      ::  found !<
1906
1907    REAL(wp), INTENT(IN) ::  fill_value !< value for the _FillValue attribute
1908
1909    REAL(sp), DIMENSION(nxl:nxr,nys:nyn,nzb_do:nzt_do) ::  local_pf !<
1910
1911    local_pf = fill_value
1912
1913    found = .TRUE.
1914
1915    SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
1916!
1917!--     Output of indoor temperature. All grid points within the building are filled with values,
1918!--     while atmospheric grid points are set to _FillValues.
1919        CASE ( 'im_t_indoor_mean' )
1920           IF ( av == 0 ) THEN
1921              DO  i = nxl, nxr
1922                 DO  j = nys, nyn
1923                    IF ( building_id_f%var(j,i) /= building_id_f%fill )  THEN
1924!
1925!--                    Determine index of the building within the building data structure.
1926                       nb = MINLOC( ABS( buildings(:)%id - building_id_f%var(j,i) ), DIM=1 )
1927                       IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
1928!
1929!--                       Write mean building temperature onto output array. Please note, in
1930!--                       contrast to many other loops in the output, the vertical bounds are
1931!--                       determined by the lowest and hightest vertical index occupied by the
1932!--                       building.
1933                          DO  k = buildings(nb)%kb_min, buildings(nb)%kb_max
1934                             local_pf(i,j,k) = buildings(nb)%t_in(k)
1935                          ENDDO
1936                       ENDIF
1937                    ENDIF
1938                 ENDDO
1939              ENDDO
1940           ENDIF
1941
1942        CASE ( 'im_hf_roof' )
1943           IF ( av == 0 )  THEN
1944              DO  m = 1, surf_usm_h(0)%ns
1945                 i = surf_usm_h(0)%i(m) !+ surf_usm_h%ioff
1946                 j = surf_usm_h(0)%j(m) !+ surf_usm_h%joff
1947                 k = surf_usm_h(0)%k(m) !+ surf_usm_h%koff
1948                 local_pf(i,j,k) = surf_usm_h(0)%iwghf_eb(m)
1949              ENDDO
1950           ENDIF
1951
1952        CASE ( 'im_hf_roof_waste' )
1953           IF ( av == 0 )  THEN
1954              DO m = 1, surf_usm_h(0)%ns
1955                 i = surf_usm_h(0)%i(m) !+ surf_usm_h%ioff
1956                 j = surf_usm_h(0)%j(m) !+ surf_usm_h%joff
1957                 k = surf_usm_h(0)%k(m) !+ surf_usm_h%koff
1958                 local_pf(i,j,k) = surf_usm_h(0)%waste_heat(m)
1959              ENDDO
1960           ENDIF
1961
1962       CASE ( 'im_hf_wall_win' )
1963           IF ( av == 0 )  THEN
1964              DO l = 0, 3
1965                 DO m = 1, surf_usm_v(l)%ns
1966                    i = surf_usm_v(l)%i(m) !+ surf_usm_v(l)%ioff
1967                    j = surf_usm_v(l)%j(m) !+ surf_usm_v(l)%joff
1968                    k = surf_usm_v(l)%k(m) !+ surf_usm_v(l)%koff
1969                    local_pf(i,j,k) = surf_usm_v(l)%iwghf_eb(m)
1970                 ENDDO
1971              ENDDO
1972           ENDIF
1973
1974        CASE ( 'im_hf_wall_win_waste' )
1975           IF ( av == 0 )  THEN
1976              DO l = 0, 3
1977                 DO m = 1, surf_usm_v(l)%ns
1978                    i = surf_usm_v(l)%i(m) !+ surf_usm_v(l)%ioff
1979                    j = surf_usm_v(l)%j(m) !+ surf_usm_v(l)%joff
1980                    k = surf_usm_v(l)%k(m) !+ surf_usm_v(l)%koff
1981                    local_pf(i,j,k) =  surf_usm_v(l)%waste_heat(m)
1982                 ENDDO
1983              ENDDO
1984           ENDIF
1985
1986!
1987!< NOTE im_t_indoor_roof and im_t_indoor_wall_win not work yet
1988
1989!         CASE ( 'im_t_indoor_roof' )
1990!            IF ( av == 0 )  THEN
1991!               DO  m = 1, surf_usm_h%ns
1992!                   i = surf_usm_h%i(m) !+ surf_usm_h%ioff
1993!                   j = surf_usm_h%j(m) !+ surf_usm_h%joff
1994!                   k = surf_usm_h%k(m) !+ surf_usm_h%koff
1995!                   local_pf(i,j,k) = surf_usm_h%t_indoor(m)
1996!               ENDDO
1997!            ENDIF
1998!
1999!         CASE ( 'im_t_indoor_wall_win' )
2000!            IF ( av == 0 )  THEN
2001!               DO l = 0, 3
2002!                  DO m = 1, surf_usm_v(l)%ns
2003!                     i = surf_usm_v(l)%i(m) !+ surf_usm_v(l)%ioff
2004!                     j = surf_usm_v(l)%j(m) !+ surf_usm_v(l)%joff
2005!                     k = surf_usm_v(l)%k(m) !+ surf_usm_v(l)%koff
2006!                     local_pf(i,j,k) = surf_usm_v(l)%t_indoor(m)
2007!                  ENDDO
2008!               ENDDO
2009!            ENDIF
2010
2011        CASE DEFAULT
2012           found = .FALSE.
2013
2014    END SELECT
2015
2016 END SUBROUTINE im_data_output_3d
2017
2018
2019!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
2020! Description:
2021! ------------
2022!> Parin for &indoor_parameters for indoor model
2023!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
2024 SUBROUTINE im_parin
2025
2026    USE control_parameters,                                                                        &
2027        ONLY:  indoor_model
2028
2029
2030    CHARACTER (LEN=80) ::  line  !< string containing current line of file PARIN
2031
2032    NAMELIST /indoor_parameters/  initial_indoor_temperature
2033
2034
2035!
2036!-- Try to find indoor model package
2037    REWIND ( 11 )
2038    line = ' '
2039    DO  WHILE ( INDEX( line, '&indoor_parameters' ) == 0 )
2040       READ ( 11, '(A)', END=10 )  line
2041    ENDDO
2042    BACKSPACE ( 11 )
2043
2044!
2045!-- Read user-defined namelist
2046    READ ( 11, indoor_parameters )
2047!
2048!-- Set flag that indicates that the indoor model is switched on
2049    indoor_model = .TRUE.
2050
2051!
2052!--    Activate spinup (maybe later
2053!        IF ( spinup_time > 0.0_wp )  THEN
2054!           coupling_start_time = spinup_time
2055!           end_time = end_time + spinup_time
2056!           IF ( spinup_pt_mean == 9999999.9_wp )  THEN
2057!              spinup_pt_mean = pt_surface
2058!           ENDIF
2059!           spinup = .TRUE.
2060!        ENDIF
2061
2062 10 CONTINUE
2063
2064 END SUBROUTINE im_parin
2065
2066
2067END MODULE indoor_model_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.