source: palm/trunk/SOURCE/indoor_model_mod.f90 @ 4598

Last change on this file since 4598 was 4481, checked in by maronga, 13 months ago

Bugfix for copyright updates in document_changes; copyright update applied to all files

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 99.2 KB
Line 
1!> @file indoor_model_mod.f90
2!--------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of the PALM model system.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the
6! terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
7! Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later
8! version.
9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
17! Copyright 2018-2020 Leibniz Universitaet Hannover
18! Copyright 2018-2020 Hochschule Offenburg
19!--------------------------------------------------------------------------------!
20!
21! Current revisions:
22! -----------------
23!
24!
25! Former revisions:
26! -----------------
27! $Id: indoor_model_mod.f90 4481 2020-03-31 18:55:54Z suehring $
28! Change order of dimension in surface array %frac to allow for better
29! vectorization.
30!
31! 4441 2020-03-04 19:20:35Z suehring
32! Major bugfix in calculation of energy demand - floor-area-per-facade was wrongly
33! calculated leading to unrealistically high energy demands and thus to
34! unreallistically high waste-heat fluxes.
35!
36! 4346 2019-12-18 11:55:56Z motisi
37! Introduction of wall_flags_total_0, which currently sets bits based on static
38! topography information used in wall_flags_static_0
39!
40! 4329 2019-12-10 15:46:36Z motisi
41! Renamed wall_flags_0 to wall_flags_static_0
42!
43! 4310 2019-11-26 19:01:28Z suehring
44! Remove dt_indoor from namelist input. The indoor model is an hourly-based
45! model, calling it more/less often lead to inaccurate results.
46!
47! 4299 2019-11-22 10:13:38Z suehring
48! Output of indoor temperature revised (to avoid non-defined values within
49! buildings)
50!
51! 4267 2019-10-16 18:58:49Z suehring
52! Bugfix in initialization, some indices to access building_pars where wrong.
53! Introduction of seasonal parameters.
54!
55! 4246 2019-09-30 09:27:52Z pavelkrc
56!
57!
58! 4242 2019-09-27 12:59:10Z suehring
59! Bugfix in array index
60!
61! 4238 2019-09-25 16:06:01Z suehring
62! - Bugfix in determination of minimum facade height and in location message
63! - Bugfix, avoid division by zero
64! - Some optimization
65!
66! 4227 2019-09-10 18:04:34Z gronemeier
67! implement new palm_date_time_mod
68!
69! 4217 2019-09-04 09:47:05Z scharf
70! Corrected "Former revisions" section
71!
72! 4209 2019-09-02 12:00:03Z suehring
73! - Bugfix in initialization of indoor temperature
74! - Prescibe default indoor temperature in case it is not given in the
75!   namelist input
76!
77! 4182 2019-08-21 14:37:54Z scharf
78! Corrected "Former revisions" section
79!
80! 4148 2019-08-08 11:26:00Z suehring
81! Bugfix in case of non grid-resolved buildings. Further, vertical grid spacing
82! is now considered at the correct level. 
83! - change calculation of a_m and c_m
84! - change calculation of u-values (use h_es in building array)
85! - rename h_tr_... to  h_t_...
86!          h_tr_em  to  h_t_wm
87!          h_tr_op  to  h_t_wall
88!          h_tr_w   to  h_t_es
89! - rename h_ve     to  h_v
90! - rename h_is     to  h_ms
91! - inserted net_floor_area
92! - inserted params_waste_heat_h, params_waste_heat_c from building database
93!   in building array
94! - change calculation of q_waste_heat
95! - bugfix in averaging mean indoor temperature
96!
97! 3759 2019-02-21 15:53:45Z suehring
98! - Calculation of total building volume
99! - Several bugfixes
100! - Calculation of building height revised
101!
102! 3745 2019-02-15 18:57:56Z suehring
103! - remove building_type from module
104! - initialize parameters for each building individually instead of a bulk
105!   initializaion with  identical building type for all
106! - output revised
107! - add missing _wp
108! - some restructuring of variables in building data structure
109!
110! 3744 2019-02-15 18:38:58Z suehring
111! Some interface calls moved to module_interface + cleanup
112!
113! 3469 2018-10-30 20:05:07Z kanani
114! Initial revision (tlang, suehring, kanani, srissman)!
115!
116! Authors:
117! --------
118! @author Tobias Lang
119! @author Jens Pfafferott
120! @author Farah Kanani-Suehring
121! @author Matthias Suehring
122! @author Sascha Rißmann
123!
124!
125! Description:
126! ------------
127!> <Description of the new module>
128!> Module for Indoor Climate Model (ICM)
129!> The module is based on the DIN EN ISO 13790 with simplified hour-based procedure.
130!> This model is a equivalent circuit diagram of a three-point RC-model (5R1C).
131!> This module differ between indoor-air temperature an average temperature of indoor surfaces which make it prossible to determine thermal comfort
132!> the heat transfer between indoor and outdoor is simplified
133
134!> @todo Replace window_area_per_facade by %frac(1,m) for window
135!> @todo emissivity change for window blinds if solar_protection_on=1
136
137!> @note Do we allow use of integer flags, or only logical flags? (concerns e.g. cooling_on, heating_on)
138!> @note How to write indoor temperature output to pt array?
139!>
140!> @bug  <Enter known bugs here>
141!------------------------------------------------------------------------------!
142 MODULE indoor_model_mod
143
144    USE arrays_3d,                                                             &
145        ONLY:  ddzw,                                                           &
146               dzw,                                                            &
147               pt
148
149    USE control_parameters,                                                    &
150        ONLY:  initializing_actions
151
152    USE kinds
153   
154    USE netcdf_data_input_mod,                                                 &
155        ONLY:  building_id_f, building_type_f
156
157    USE palm_date_time_mod,                                                    &
158        ONLY:  get_date_time, northward_equinox, seconds_per_hour,             &
159               southward_equinox
160
161    USE surface_mod,                                                           &
162        ONLY:  surf_usm_h, surf_usm_v
163
164
165    IMPLICIT NONE
166
167!
168!-- Define data structure for buidlings.
169    TYPE build
170
171       INTEGER(iwp) ::  id                                !< building ID
172       INTEGER(iwp) ::  kb_min                            !< lowest vertical index of a building
173       INTEGER(iwp) ::  kb_max                            !< highest vertical index of a building
174       INTEGER(iwp) ::  num_facades_per_building_h = 0    !< total number of horizontal facades elements
175       INTEGER(iwp) ::  num_facades_per_building_h_l = 0  !< number of horizontal facade elements on local subdomain
176       INTEGER(iwp) ::  num_facades_per_building_v = 0    !< total number of vertical facades elements
177       INTEGER(iwp) ::  num_facades_per_building_v_l = 0  !< number of vertical facade elements on local subdomain
178       INTEGER(iwp) ::  ventilation_int_loads             !< [-] allocation of activity in the building
179
180       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  l_v            !< index array linking surface-element orientation index
181                                                                  !< for vertical surfaces with building
182       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  m_h            !< index array linking surface-element index for
183                                                                  !< horizontal surfaces with building
184       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  m_v            !< index array linking surface-element index for
185                                                                  !< vertical surfaces with building
186       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  num_facade_h   !< number of horizontal facade elements per buidling
187                                                                  !< and height level
188       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  num_facade_v   !< number of vertical facades elements per buidling
189                                                                  !< and height level
190                                                                 
191
192       LOGICAL ::  on_pe = .FALSE.   !< flag indicating whether a building with certain ID is on local subdomain
193       
194       REAL(wp) ::  air_change_high       !< [1/h] air changes per time_utc_hour
195       REAL(wp) ::  air_change_low        !< [1/h] air changes per time_utc_hour
196       REAL(wp) ::  area_facade           !< [m2] area of total facade
197       REAL(wp) ::  building_height       !< building height
198       REAL(wp) ::  eta_ve                !< [-] heat recovery efficiency
199       REAL(wp) ::  factor_a              !< [-] Dynamic parameters specific effective surface according to Table 12; 2.5
200                                          !< (very light, light and medium), 3.0 (heavy), 3.5 (very heavy)
201       REAL(wp) ::  factor_c              !< [J/(m2 K)] Dynamic parameters inner heatstorage according to Table 12; 80000
202                                          !< (very light), 110000 (light), 165000 (medium), 260000 (heavy), 370000 (very heavy)
203       REAL(wp) ::  f_c_win               !< [-] shading factor
204       REAL(wp) ::  fapf                  !< [m2/m2] floor area per facade
205       REAL(wp) ::  g_value_win           !< [-] SHGC factor
206       REAL(wp) ::  h_es                  !< [W/(m2 K)] surface-related heat transfer coefficient between extern and surface
207       REAL(wp) ::  height_cei_con        !< [m] ceiling construction heigth
208       REAL(wp) ::  height_storey         !< [m] storey heigth
209       REAL(wp) ::  params_waste_heat_c   !< [-] anthropogenic heat outputs for cooling e.g. 1.33 for KKM with COP = 3
210       REAL(wp) ::  params_waste_heat_h   !< [-] anthropogenic heat outputs for heating e.g. 1 - 0.9 = 0.1 for combustion with eta = 0.9 or -2 for WP with COP = 3
211       REAL(wp) ::  phi_c_max             !< [W] Max. Cooling capacity (negative)
212       REAL(wp) ::  phi_h_max             !< [W] Max. Heating capacity (positive)
213       REAL(wp) ::  q_c_max               !< [W/m2] Max. Cooling heat flux per netto floor area (negative)
214       REAL(wp) ::  q_h_max               !< [W/m2] Max. Heating heat flux per netto floor area (positive)
215       REAL(wp) ::  qint_high             !< [W/m2] internal heat gains, option Database qint_0-23
216       REAL(wp) ::  qint_low              !< [W/m2] internal heat gains, option Database qint_0-23
217       REAL(wp) ::  lambda_at             !< [-] ratio internal surface/floor area chap. 7.2.2.2.
218       REAL(wp) ::  lambda_layer3         !< [W/(m*K)] Thermal conductivity of the inner layer
219       REAL(wp) ::  net_floor_area        !< [m2] netto ground area
220       REAL(wp) ::  s_layer3              !< [m] half thickness of the inner layer (layer_3)
221       REAL(wp) ::  theta_int_c_set       !< [degree_C] Max. Setpoint temperature (summer)
222       REAL(wp) ::  theta_int_h_set       !< [degree_C] Max. Setpoint temperature (winter)
223       REAL(wp) ::  u_value_win           !< [W/(m2*K)] transmittance
224       REAL(wp) ::  vol_tot               !< [m3] total building volume
225
226       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  t_in       !< mean building indoor temperature, height dependent
227       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  t_in_l     !< mean building indoor temperature on local subdomain, height dependent
228       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  volume     !< total building volume, height dependent
229       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  vol_frac   !< fraction of local on total building volume, height dependent
230       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  vpf        !< building volume volume per facade element, height dependent
231       
232    END TYPE build
233
234    TYPE(build), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  buildings   !< building array
235
236    INTEGER(iwp) ::  num_build   !< total number of buildings in domain
237!
238!-- Declare all global variables within the module
239    INTEGER(iwp) ::  cooling_on              !< Indoor cooling flag (0=off, 1=on)
240    INTEGER(iwp) ::  heating_on              !< Indoor heating flag (0=off, 1=on)
241    INTEGER(iwp) ::  solar_protection_off    !< Solar protection off
242    INTEGER(iwp) ::  solar_protection_on     !< Solar protection on
243
244    REAL(wp), PARAMETER ::  dt_indoor = 3600.0_wp    !< [s] time interval for indoor-model application, fixed to 3600.0 due to model requirements
245
246    REAL(wp) ::  a_m                                 !< [m2] the effective mass-related area
247    REAL(wp) ::  air_change                          !< [1/h] Airflow
248    REAL(wp) ::  c_m                                 !< [J/K] internal heat storage capacity
249    REAL(wp) ::  facade_element_area                 !< [m2_facade] building surface facade
250    REAL(wp) ::  floor_area_per_facade               !< [m2/m2] floor area per facade area
251    REAL(wp) ::  h_t_1                               !< [W/K] Heat transfer coefficient auxiliary variable 1
252    REAL(wp) ::  h_t_2                               !< [W/K] Heat transfer coefficient auxiliary variable 2
253    REAL(wp) ::  h_t_3                               !< [W/K] Heat transfer coefficient auxiliary variable 3
254    REAL(wp) ::  h_t_wm                              !< [W/K] Heat transfer coefficient of the emmision (got with h_t_ms the thermal mass)
255    REAL(wp) ::  h_t_is                              !< [W/K] thermal coupling conductance (Thermischer Kopplungsleitwert)
256    REAL(wp) ::  h_t_ms                              !< [W/K] Heat transfer conductance term (got with h_t_wm the thermal mass)
257    REAL(wp) ::  h_t_wall                            !< [W/K] heat transfer coefficient of opaque components (assumption: got all
258                                                     !< thermal mass) contains of h_t_wm and h_t_ms
259    REAL(wp) ::  h_t_es                              !< [W/K] heat transfer coefficient of doors, windows, curtain walls and
260                                                     !< glazed walls (assumption: thermal mass=0)
261    REAL(wp) ::  h_v                                 !< [W/K] heat transfer of ventilation
262    REAL(wp) ::  indoor_volume_per_facade            !< [m3] indoor air volume per facade element
263    REAL(wp) ::  initial_indoor_temperature = 293.15 !< [K] initial indoor temperature (namelist parameter)
264    REAL(wp) ::  net_sw_in                           !< [W/m2] net short-wave radiation
265    REAL(wp) ::  phi_hc_nd                           !< [W] heating demand and/or cooling demand
266    REAL(wp) ::  phi_hc_nd_10                        !< [W] heating demand and/or cooling demand for heating or cooling
267    REAL(wp) ::  phi_hc_nd_ac                        !< [W] actual heating demand and/or cooling demand
268    REAL(wp) ::  phi_hc_nd_un                        !< [W] unlimited heating demand and/or cooling demand which is necessary to
269                                                     !< reach the demanded required temperature (heating is positive,
270                                                     !< cooling is negative)
271    REAL(wp) ::  phi_ia                              !< [W] internal air load = internal loads * 0.5, Eq. (C.1)
272    REAL(wp) ::  phi_m                               !< [W] mass specific thermal load (internal and external)
273    REAL(wp) ::  phi_mtot                            !< [W] total mass specific thermal load (internal and external)
274    REAL(wp) ::  phi_sol                             !< [W] solar loads
275    REAL(wp) ::  phi_st                              !< [W] mass specific thermal load implied non thermal mass
276    REAL(wp) ::  q_wall_win                          !< [W/m2]heat flux from indoor into wall/window
277    REAL(wp) ::  q_waste_heat                        !< [W/m2]waste heat, sum of waste heat over the roof to Palm
278                                                     
279    REAL(wp) ::  q_c_m                               !< [W] Energy of thermal storage mass specific thermal load for internal
280                                                     !< and external heatsources (for energy bilanz)
281    REAL(wp) ::  q_c_st                              !< [W] Energy of thermal storage mass specific thermal load implied non thermal mass (for energy bilanz)
282    REAL(wp) ::  q_int                               !< [W] Energy of internal air load (for energy bilanz)
283    REAL(wp) ::  q_sol                               !< [W] Energy of solar (for energy bilanz)
284    REAL(wp) ::  q_trans                             !< [W] Energy of transmission (for energy bilanz)
285    REAL(wp) ::  q_vent                              !< [W] Energy of ventilation (for energy bilanz)
286                                                     
287    REAL(wp) ::  schedule_d                          !< [-] activation for internal loads (low or high + low)
288    REAL(wp) ::  skip_time_do_indoor = 0.0_wp        !< [s] Indoor model is not called before this time
289    REAL(wp) ::  theta_air                           !< [degree_C] air temperature of the RC-node
290    REAL(wp) ::  theta_air_0                         !< [degree_C] air temperature of the RC-node in equilibrium
291    REAL(wp) ::  theta_air_10                        !< [degree_C] air temperature of the RC-node from a heating capacity
292                                                     !< of 10 W/m2
293    REAL(wp) ::  theta_air_ac                        !< [degree_C] actual room temperature after heating/cooling
294    REAL(wp) ::  theta_air_set                       !< [degree_C] Setpoint_temperature for the room
295    REAL(wp) ::  theta_m                             !< [degree_C} inner temperature of the RC-node
296    REAL(wp) ::  theta_m_t                           !< [degree_C] (Fictive) component temperature timestep
297    REAL(wp) ::  theta_m_t_prev                      !< [degree_C] (Fictive) component temperature previous timestep (do not change)
298    REAL(wp) ::  theta_op                            !< [degree_C] operative temperature
299    REAL(wp) ::  theta_s                             !< [degree_C] surface temperature of the RC-node
300    REAL(wp) ::  time_indoor = 0.0_wp                !< [s] time since last call of indoor model
301    REAL(wp) ::  total_area                          !< [m2] area of all surfaces pointing to zone
302    REAL(wp) ::  window_area_per_facade              !< [m2] window area per facade element
303   
304    REAL(wp), PARAMETER ::  h_is                     = 3.45_wp     !< [W/(m2 K)] surface-related heat transfer coefficient between
305                                                                   !< surface and air (chap. 7.2.2.2)
306    REAL(wp), PARAMETER ::  h_ms                     = 9.1_wp      !< [W/(m2 K)] surface-related heat transfer coefficient between component and surface (chap. 12.2.2)
307    REAL(wp), PARAMETER ::  params_f_f               = 0.3_wp      !< [-] frame ratio chap. 8.3.2.1.1 for buildings with mostly cooling 2.0_wp
308    REAL(wp), PARAMETER ::  params_f_w               = 0.9_wp      !< [-] correction factor (fuer nicht senkrechten Stahlungseinfall
309                                                                   !< DIN 4108-2 chap.8, (hier konstant, keine WinkelabhÀngigkeit)
310    REAL(wp), PARAMETER ::  params_f_win             = 0.5_wp      !< [-] proportion of window area, Database A_win aus
311                                                                   !< Datenbank 27 window_area_per_facade_percent
312    REAL(wp), PARAMETER ::  params_solar_protection  = 300.0_wp    !< [W/m2] chap. G.5.3.1 sun protection closed, if the radiation
313                                                                   !< on facade exceeds this value
314!
315!-- Definition of seasonal parameters, summer and winter, for different building types
316    REAL(wp), DIMENSION(0:1,1:7) ::  summer_pars = RESHAPE( (/               & ! building_type 1
317                                          0.5_wp,                              & ! basical airflow without occupancy of the room
318                                          2.0_wp,                              & ! additional airflow depend of occupancy of the room
319                                          0.5_wp,                              & ! building_type 2: basical airflow without occupancy of the room
320                                          2.0_wp,                              & ! additional airflow depend of occupancy of the room
321                                          0.8_wp,                              & ! building_type 3: basical airflow without occupancy of the room
322                                          2.0_wp,                              & ! additional airflow depend of occupancy of the room
323                                          0.1_wp,                              & ! building_type 4: basical airflow without occupancy of the room
324                                          1.5_wp,                              & ! additional airflow depend of occupancy of the room
325                                          0.1_wp,                              & ! building_type 5: basical airflow without occupancy of the room
326                                          1.5_wp,                              & ! additional airflow depend of occupancy of the room
327                                          0.1_wp,                              & ! building_type 6: basical airflow without occupancy of the room
328                                          1.5_wp,                              & ! additional airflow depend of occupancy of the room
329                                          0.1_wp,                              & ! building_type 7: basical airflow without occupancy of the room
330                                          1.5_wp                               & ! additional airflow depend of occupancy of the room
331                                                           /), (/ 2, 7 /) )
332
333    REAL(wp), DIMENSION(0:1,1:7) ::  winter_pars = RESHAPE( (/               & ! building_type 1
334                                          0.1_wp,                              & ! basical airflow without occupancy of the room
335                                          0.5_wp,                              & ! additional airflow depend of occupancy of the room
336                                          0.1_wp,                              & ! building_type 2: basical airflow without occupancy of the room
337                                          0.5_wp,                              & ! additional airflow depend of occupancy of the room
338                                          0.1_wp,                              & ! building_type 3: basical airflow without occupancy of the room
339                                          0.5_wp,                              & ! additional airflow depend of occupancy of the room
340                                          0.1_wp,                              & ! building_type 4: basical airflow without occupancy of the room
341                                          1.5_wp,                              & ! additional airflow depend of occupancy of the room
342                                          0.1_wp,                              & ! building_type 5: basical airflow without occupancy of the room
343                                          1.5_wp,                              & ! additional airflow depend of occupancy of the room
344                                          0.1_wp,                              & ! building_type 6: basical airflow without occupancy of the room
345                                          1.5_wp,                              & ! additional airflow depend of occupancy of the room
346                                          0.1_wp,                              & ! building_type 7: basical airflow without occupancy of the room
347                                          1.5_wp                               & ! additional airflow depend of occupancy of the room
348                                                           /), (/ 2, 7 /) )
349
350    SAVE
351
352
353    PRIVATE
354   
355!
356!-- Add INTERFACES that must be available to other modules
357    PUBLIC im_init, im_main_heatcool, im_parin, im_define_netcdf_grid,          &
358           im_check_data_output, im_data_output_3d, im_check_parameters
359   
360
361!
362!-- Add VARIABLES that must be available to other modules
363    PUBLIC dt_indoor, skip_time_do_indoor, time_indoor
364
365!
366!-- PALM interfaces:
367!-- Data output checks for 2D/3D data to be done in check_parameters
368     INTERFACE im_check_data_output
369        MODULE PROCEDURE im_check_data_output
370     END INTERFACE im_check_data_output
371!
372!-- Input parameter checks to be done in check_parameters
373     INTERFACE im_check_parameters
374        MODULE PROCEDURE im_check_parameters
375     END INTERFACE im_check_parameters
376!
377!-- Data output of 3D data
378     INTERFACE im_data_output_3d
379        MODULE PROCEDURE im_data_output_3d
380     END INTERFACE im_data_output_3d
381
382!
383!-- Definition of data output quantities
384     INTERFACE im_define_netcdf_grid
385        MODULE PROCEDURE im_define_netcdf_grid
386     END INTERFACE im_define_netcdf_grid
387!
388! !
389! !-- Output of information to the header file
390!     INTERFACE im_header
391!        MODULE PROCEDURE im_header
392!     END INTERFACE im_header
393!
394!-- Calculations for indoor temperatures 
395    INTERFACE im_calc_temperatures
396       MODULE PROCEDURE im_calc_temperatures
397    END INTERFACE im_calc_temperatures
398!
399!-- Initialization actions 
400    INTERFACE im_init
401       MODULE PROCEDURE im_init
402    END INTERFACE im_init
403!
404!-- Main part of indoor model 
405    INTERFACE im_main_heatcool
406       MODULE PROCEDURE im_main_heatcool
407    END INTERFACE im_main_heatcool
408!
409!-- Reading of NAMELIST parameters
410    INTERFACE im_parin
411       MODULE PROCEDURE im_parin
412    END INTERFACE im_parin
413
414 CONTAINS
415
416!------------------------------------------------------------------------------!
417! Description:
418! ------------
419!< Calculation of the air temperatures and mean radiation temperature
420!< This is basis for the operative temperature
421!< Based on a Crank-Nicholson scheme with a timestep of a hour
422!------------------------------------------------------------------------------!
423 SUBROUTINE im_calc_temperatures ( i, j, k, indoor_wall_window_temperature,    &
424                                   near_facade_temperature, phi_hc_nd_dummy )
425
426    INTEGER(iwp) ::  i
427    INTEGER(iwp) ::  j
428    INTEGER(iwp) ::  k
429   
430    REAL(wp) ::  indoor_wall_window_temperature  !< weighted temperature of innermost wall/window layer
431    REAL(wp) ::  near_facade_temperature
432    REAL(wp) ::  phi_hc_nd_dummy
433!
434!-- Calculation of total mass specific thermal load (internal and external)
435    phi_mtot = ( phi_m + h_t_wm * indoor_wall_window_temperature               &
436                       + h_t_3  * ( phi_st + h_t_es * pt(k,j,i)                &
437                                            + h_t_1 *                          &
438                                    ( ( ( phi_ia + phi_hc_nd_dummy ) / h_v )   &
439                                                 + near_facade_temperature )   &
440                                   ) / h_t_2                                   &
441               )                                                                !< [degree_C] Eq. (C.5)
442!
443!-- Calculation of component temperature at factual timestep
444    theta_m_t = ( ( theta_m_t_prev                                             &
445                    * ( ( c_m / 3600.0_wp ) - 0.5_wp * ( h_t_3 + h_t_wm ) )    &
446                     + phi_mtot                                                &
447                  )                                                            &
448                  /   ( ( c_m / 3600.0_wp ) + 0.5_wp * ( h_t_3 + h_t_wm ) )    &
449                )                                                               !< [degree_C] Eq. (C.4)
450!
451!-- Calculation of mean inner temperature for the RC-node in actual timestep
452    theta_m = ( theta_m_t + theta_m_t_prev ) * 0.5_wp                           !< [degree_C] Eq. (C.9)
453   
454!
455!-- Calculation of mean surface temperature of the RC-node in actual timestep
456    theta_s = ( (   h_t_ms * theta_m + phi_st + h_t_es * pt(k,j,i)             &
457                  + h_t_1  * ( near_facade_temperature                         &
458                           + ( phi_ia + phi_hc_nd_dummy ) / h_v )              &
459                )                                                              &
460                / ( h_t_ms + h_t_es + h_t_1 )                                  &
461              )                                                                 !< [degree_C] Eq. (C.10)
462   
463!
464!-- Calculation of the air temperature of the RC-node
465    theta_air = ( h_t_is * theta_s + h_v * near_facade_temperature             &
466                + phi_ia + phi_hc_nd_dummy ) / ( h_t_is + h_v )                 !< [degree_C] Eq. (C.11)
467
468 END SUBROUTINE im_calc_temperatures
469
470!------------------------------------------------------------------------------!
471! Description:
472! ------------
473!> Initialization of the indoor model.
474!> Static information are calculated here, e.g. building parameters and
475!> geometrical information, everything that doesn't change in time.
476!
477!-- Input values
478!-- Input datas from Palm, M4
479!     i_global             -->  net_sw_in                         !< global radiation [W/m2]
480!     theta_e              -->  pt(k,j,i)                         !< undisturbed outside temperature, 1. PALM volume, for windows
481!     theta_sup = theta_f  -->  surf_usm_h%pt_10cm(m)
482!                               surf_usm_v(l)%pt_10cm(m)          !< Air temperature, facade near (10cm) air temperature from 1. Palm volume
483!     theta_node           -->  t_wall_h(nzt_wall,m)
484!                               t_wall_v(l)%t(nzt_wall,m)         !< Temperature of innermost wall layer, for opaque wall
485!------------------------------------------------------------------------------!
486 SUBROUTINE im_init
487
488    USE control_parameters,                                                    &
489        ONLY:  message_string, time_since_reference_point
490
491    USE indices,                                                               &
492        ONLY:  nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt, wall_flags_total_0
493
494    USE grid_variables,                                                        &
495        ONLY:  dx, dy
496
497    USE pegrid
498
499    USE surface_mod,                                                           &
500        ONLY:  surf_usm_h, surf_usm_v
501       
502    USE urban_surface_mod,                                                     &
503        ONLY:  building_pars, building_type
504
505    INTEGER(iwp) ::  bt          !< local building type
506    INTEGER(iwp) ::  day_of_year !< day of the year
507    INTEGER(iwp) ::  i           !< running index along x-direction
508    INTEGER(iwp) ::  j           !< running index along y-direction
509    INTEGER(iwp) ::  k           !< running index along z-direction
510    INTEGER(iwp) ::  l           !< running index for surface-element orientation
511    INTEGER(iwp) ::  m           !< running index surface elements
512    INTEGER(iwp) ::  n           !< building index
513    INTEGER(iwp) ::  nb          !< building index
514
515    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  build_ids           !< building IDs on entire model domain
516    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  build_ids_final     !< building IDs on entire model domain,
517                                                                    !< multiple occurences are sorted out
518    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  build_ids_final_tmp !< temporary array used for resizing
519    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  build_ids_l         !< building IDs on local subdomain
520    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  build_ids_l_tmp     !< temporary array used to resize array of building IDs
521    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  displace_dum        !< displacements of start addresses, used for MPI_ALLGATHERV
522    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  k_max_l             !< highest vertical index of a building on subdomain
523    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  k_min_l             !< lowest vertical index of a building on subdomain
524    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  n_fa                !< counting array
525    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  num_facades_h       !< dummy array used for summing-up total number of
526                                                                    !< horizontal facade elements
527    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  num_facades_v       !< dummy array used for summing-up total number of
528                                                                    !< vertical facade elements
529    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  receive_dum_h       !< dummy array used for MPI_ALLREDUCE 
530    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  receive_dum_v       !< dummy array used for MPI_ALLREDUCE 
531   
532    INTEGER(iwp), DIMENSION(0:numprocs-1) ::  num_buildings         !< number of buildings with different ID on entire model domain
533    INTEGER(iwp), DIMENSION(0:numprocs-1) ::  num_buildings_l       !< number of buildings with different ID on local subdomain
534                                                             
535    REAL(wp) ::  u_tmp                                     !< dummy for temporary calculation of u-value without h_is
536    REAL(wp) ::  du_tmp                                    !< 1/u_tmp
537    REAL(wp) ::  du_win_tmp                                !< 1/building(nb)%u_value_win
538    REAL(wp) ::  facade_area_v                             !< dummy to compute the total facade area from vertical walls
539
540    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  volume         !< total building volume at each discrete height level
541    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  volume_l       !< total building volume at each discrete height level,
542                                                           !< on local subdomain
543
544    CALL location_message( 'initializing indoor model', 'start' )
545!
546!-- Initializing of indoor model is only possible if buildings can be
547!-- distinguished by their IDs.
548    IF ( .NOT. building_id_f%from_file )  THEN
549       message_string = 'Indoor model requires information about building_id'
550       CALL message( 'im_init', 'PA0999', 1, 2, 0, 6, 0  )
551    ENDIF
552!
553!-- Determine number of different building IDs on local subdomain.
554    num_buildings_l = 0
555    num_buildings   = 0
556    ALLOCATE( build_ids_l(1) )
557    DO  i = nxl, nxr
558       DO  j = nys, nyn
559          IF ( building_id_f%var(j,i) /= building_id_f%fill )  THEN
560             IF ( num_buildings_l(myid) > 0 )  THEN
561                IF ( ANY( building_id_f%var(j,i) .EQ.  build_ids_l ) )  THEN
562                   CYCLE
563                ELSE
564                   num_buildings_l(myid) = num_buildings_l(myid) + 1
565!
566!--                Resize array with different local building ids
567                   ALLOCATE( build_ids_l_tmp(1:SIZE(build_ids_l)) )
568                   build_ids_l_tmp = build_ids_l
569                   DEALLOCATE( build_ids_l )
570                   ALLOCATE( build_ids_l(1:num_buildings_l(myid)) )
571                   build_ids_l(1:num_buildings_l(myid)-1) =                 &
572                               build_ids_l_tmp(1:num_buildings_l(myid)-1)
573                   build_ids_l(num_buildings_l(myid)) = building_id_f%var(j,i)
574                   DEALLOCATE( build_ids_l_tmp )
575                ENDIF
576!
577!--          First occuring building id on PE
578             ELSE
579                num_buildings_l(myid) = num_buildings_l(myid) + 1
580                build_ids_l(1) = building_id_f%var(j,i)
581             ENDIF
582          ENDIF
583       ENDDO
584    ENDDO
585!
586!-- Determine number of building IDs for the entire domain. (Note, building IDs
587!-- can appear multiple times as buildings might be distributed over several
588!-- PEs.)
589#if defined( __parallel )
590    CALL MPI_ALLREDUCE( num_buildings_l, num_buildings, numprocs,              &
591                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr ) 
592#else
593    num_buildings = num_buildings_l
594#endif
595    ALLOCATE( build_ids(1:SUM(num_buildings)) )
596!
597!-- Gather building IDs. Therefore, first, determine displacements used
598!-- required for MPI_GATHERV call.
599    ALLOCATE( displace_dum(0:numprocs-1) )
600    displace_dum(0) = 0
601    DO i = 1, numprocs-1
602       displace_dum(i) = displace_dum(i-1) + num_buildings(i-1)
603    ENDDO
604
605#if defined( __parallel )
606    CALL MPI_ALLGATHERV( build_ids_l(1:num_buildings_l(myid)),                 &
607                         num_buildings(myid),                                  &
608                         MPI_INTEGER,                                          &
609                         build_ids,                                            &
610                         num_buildings,                                        &
611                         displace_dum,                                         & 
612                         MPI_INTEGER,                                          &
613                         comm2d, ierr )   
614
615    DEALLOCATE( displace_dum )
616
617#else
618    build_ids = build_ids_l
619#endif
620!
621!-- Note: in parallel mode, building IDs can occur mutliple times, as
622!-- each PE has send its own ids. Therefore, sort out building IDs which
623!-- appear multiple times.
624    num_build = 0
625    DO  n = 1, SIZE(build_ids)
626
627       IF ( ALLOCATED(build_ids_final) )  THEN
628          IF ( ANY( build_ids(n) == build_ids_final ) )  THEN
629             CYCLE
630          ELSE
631             num_build = num_build + 1
632!
633!--          Resize
634             ALLOCATE( build_ids_final_tmp(1:num_build) )
635             build_ids_final_tmp(1:num_build-1) = build_ids_final(1:num_build-1)
636             DEALLOCATE( build_ids_final )
637             ALLOCATE( build_ids_final(1:num_build) )
638             build_ids_final(1:num_build-1) = build_ids_final_tmp(1:num_build-1)
639             build_ids_final(num_build) = build_ids(n)
640             DEALLOCATE( build_ids_final_tmp )
641          ENDIF             
642       ELSE
643          num_build = num_build + 1
644          ALLOCATE( build_ids_final(1:num_build) )
645          build_ids_final(num_build) = build_ids(n)
646       ENDIF
647    ENDDO
648
649!
650!-- Allocate building-data structure array. Note, this is a global array
651!-- and all building IDs on domain are known by each PE. Further attributes,
652!-- e.g. height-dependent arrays, however, are only allocated on PEs where
653!-- the respective building is present (in order to reduce memory demands).
654    ALLOCATE( buildings(1:num_build) )
655
656!
657!-- Store building IDs and check if building with certain ID is present on
658!-- subdomain.
659    DO  nb = 1, num_build
660       buildings(nb)%id = build_ids_final(nb)
661
662       IF ( ANY( building_id_f%var(nys:nyn,nxl:nxr) == buildings(nb)%id ) )    &
663          buildings(nb)%on_pe = .TRUE.
664    ENDDO
665!
666!-- Determine the maximum vertical dimension occupied by each building.
667    ALLOCATE( k_min_l(1:num_build) )
668    ALLOCATE( k_max_l(1:num_build) )
669    k_min_l = nzt + 1
670    k_max_l = 0   
671
672    DO  i = nxl, nxr
673       DO  j = nys, nyn
674          IF ( building_id_f%var(j,i) /= building_id_f%fill )  THEN
675             nb = MINLOC( ABS( buildings(:)%id - building_id_f%var(j,i) ),    &
676                         DIM = 1 )
677             DO  k = nzb, nzt+1
678!
679!--             Check if grid point belongs to a building.
680                IF ( BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 6 ) )  THEN
681                   k_min_l(nb) = MIN( k_min_l(nb), k )
682                   k_max_l(nb) = MAX( k_max_l(nb), k )
683                ENDIF
684
685             ENDDO
686          ENDIF
687       ENDDO
688    ENDDO
689
690#if defined( __parallel )
691    CALL MPI_ALLREDUCE( k_min_l(:), buildings(:)%kb_min, num_build,            &
692                        MPI_INTEGER, MPI_MIN, comm2d, ierr )
693    CALL MPI_ALLREDUCE( k_max_l(:), buildings(:)%kb_max, num_build,            &
694                        MPI_INTEGER, MPI_MAX, comm2d, ierr )
695#else
696    buildings(:)%kb_min = k_min_l(:)
697    buildings(:)%kb_max = k_max_l(:)
698#endif
699
700    DEALLOCATE( k_min_l )
701    DEALLOCATE( k_max_l )
702!
703!-- Calculate building height.
704    DO  nb = 1, num_build
705       buildings(nb)%building_height = 0.0_wp
706       DO  k = buildings(nb)%kb_min, buildings(nb)%kb_max
707          buildings(nb)%building_height = buildings(nb)%building_height        &
708                                        + dzw(k+1)
709       ENDDO
710    ENDDO
711!
712!-- Calculate building volume
713    DO  nb = 1, num_build
714!
715!--    Allocate temporary array for summing-up building volume
716       ALLOCATE( volume(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max)   )
717       ALLOCATE( volume_l(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
718       volume   = 0.0_wp
719       volume_l = 0.0_wp
720!
721!--    Calculate building volume per height level on each PE where
722!--    these building is present.
723       IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
724
725          ALLOCATE( buildings(nb)%volume(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max)   )
726          ALLOCATE( buildings(nb)%vol_frac(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
727          buildings(nb)%volume   = 0.0_wp
728          buildings(nb)%vol_frac = 0.0_wp
729         
730          IF ( ANY( building_id_f%var(nys:nyn,nxl:nxr) == buildings(nb)%id ) ) &
731          THEN
732             DO  i = nxl, nxr
733                DO  j = nys, nyn
734                   DO  k = buildings(nb)%kb_min, buildings(nb)%kb_max
735                      IF ( building_id_f%var(j,i) /= building_id_f%fill )      &
736                         volume_l(k) = volume_l(k) + dx * dy * dzw(k+1)
737                   ENDDO
738                ENDDO
739             ENDDO
740          ENDIF
741       ENDIF
742!
743!--    Sum-up building volume from all subdomains
744#if defined( __parallel )
745       CALL MPI_ALLREDUCE( volume_l, volume, SIZE(volume), MPI_REAL, MPI_SUM,  &
746                           comm2d, ierr )
747#else
748       volume = volume_l
749#endif
750!
751!--    Save total building volume as well as local fraction on volume on
752!--    building data structure.
753       IF ( ALLOCATED( buildings(nb)%volume ) )  buildings(nb)%volume = volume
754!
755!--    Determine fraction of local on total building volume
756       IF ( buildings(nb)%on_pe )  buildings(nb)%vol_frac = volume_l / volume
757!
758!--    Calculate total building volume
759       IF ( ALLOCATED( buildings(nb)%volume ) )                                &
760          buildings(nb)%vol_tot = SUM( buildings(nb)%volume )
761
762       DEALLOCATE( volume   )
763       DEALLOCATE( volume_l )
764
765    ENDDO
766!
767!-- Allocate arrays for indoor temperature. 
768    DO  nb = 1, num_build
769       IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
770          ALLOCATE( buildings(nb)%t_in(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max)   )
771          ALLOCATE( buildings(nb)%t_in_l(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
772          buildings(nb)%t_in   = 0.0_wp
773          buildings(nb)%t_in_l = 0.0_wp
774       ENDIF
775    ENDDO
776!
777!-- Allocate arrays for number of facades per height level. Distinguish between
778!-- horizontal and vertical facades.
779    DO  nb = 1, num_build
780       IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
781          ALLOCATE( buildings(nb)%num_facade_h(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
782          ALLOCATE( buildings(nb)%num_facade_v(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
783
784          buildings(nb)%num_facade_h = 0
785          buildings(nb)%num_facade_v = 0
786       ENDIF
787    ENDDO
788!
789!-- Determine number of facade elements per building on local subdomain.
790!-- Distinguish between horizontal and vertical facade elements.
791!
792!-- Horizontal facades
793    buildings(:)%num_facades_per_building_h_l = 0
794    DO  m = 1, surf_usm_h%ns
795!
796!--    For the current facade element determine corresponding building index.
797!--    First, obtain j,j,k indices of the building. Please note the
798!--    offset between facade/surface element and building location (for
799!--    horizontal surface elements the horizontal offsets are zero).
800       i = surf_usm_h%i(m) + surf_usm_h%ioff
801       j = surf_usm_h%j(m) + surf_usm_h%joff
802       k = surf_usm_h%k(m) + surf_usm_h%koff
803!
804!--    Determine building index and check whether building is on PE
805       nb = MINLOC( ABS( buildings(:)%id - building_id_f%var(j,i) ), DIM = 1 )
806
807       IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
808!
809!--       Count number of facade elements at each height level.
810          buildings(nb)%num_facade_h(k) = buildings(nb)%num_facade_h(k) + 1 
811!
812!--       Moreover, sum up number of local facade elements per building.
813          buildings(nb)%num_facades_per_building_h_l =                         &
814                                buildings(nb)%num_facades_per_building_h_l + 1
815       ENDIF
816    ENDDO
817!
818!-- Vertical facades
819    buildings(:)%num_facades_per_building_v_l = 0
820    DO  l = 0, 3
821       DO  m = 1, surf_usm_v(l)%ns
822!
823!--       For the current facade element determine corresponding building index.
824!--       First, obtain j,j,k indices of the building. Please note the
825!--       offset between facade/surface element and building location (for
826!--       vertical surface elements the vertical offsets are zero).
827          i = surf_usm_v(l)%i(m) + surf_usm_v(l)%ioff
828          j = surf_usm_v(l)%j(m) + surf_usm_v(l)%joff
829          k = surf_usm_v(l)%k(m) + surf_usm_v(l)%koff
830
831          nb = MINLOC( ABS( buildings(:)%id - building_id_f%var(j,i) ),        &
832                       DIM = 1 )
833          IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
834             buildings(nb)%num_facade_v(k) = buildings(nb)%num_facade_v(k) + 1 
835             buildings(nb)%num_facades_per_building_v_l =                      &
836                                buildings(nb)%num_facades_per_building_v_l + 1
837          ENDIF
838       ENDDO
839    ENDDO
840!
841!-- Determine total number of facade elements per building and assign number to
842!-- building data type.
843    DO  nb = 1, num_build
844!
845!--    Allocate dummy array used for summing-up facade elements.
846!--    Please note, dummy arguments are necessary as building-date type
847!--    arrays are not necessarily allocated on all PEs.
848       ALLOCATE( num_facades_h(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
849       ALLOCATE( num_facades_v(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
850       ALLOCATE( receive_dum_h(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
851       ALLOCATE( receive_dum_v(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
852       num_facades_h = 0
853       num_facades_v = 0
854       receive_dum_h = 0
855       receive_dum_v = 0
856
857       IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
858          num_facades_h = buildings(nb)%num_facade_h
859          num_facades_v = buildings(nb)%num_facade_v
860       ENDIF
861
862#if defined( __parallel )
863       CALL MPI_ALLREDUCE( num_facades_h,                                      &
864                           receive_dum_h,                                      &
865                           buildings(nb)%kb_max - buildings(nb)%kb_min + 1,    &
866                           MPI_INTEGER,                                        &
867                           MPI_SUM,                                            &
868                           comm2d,                                             &
869                           ierr )
870
871       CALL MPI_ALLREDUCE( num_facades_v,                                      &
872                           receive_dum_v,                                      &
873                           buildings(nb)%kb_max - buildings(nb)%kb_min + 1,    &
874                           MPI_INTEGER,                                        &
875                           MPI_SUM,                                            &
876                           comm2d,                                             &
877                           ierr )
878       IF ( ALLOCATED( buildings(nb)%num_facade_h ) )                          &
879           buildings(nb)%num_facade_h = receive_dum_h
880       IF ( ALLOCATED( buildings(nb)%num_facade_v ) )                          &
881           buildings(nb)%num_facade_v = receive_dum_v
882#else
883       buildings(nb)%num_facade_h = num_facades_h
884       buildings(nb)%num_facade_v = num_facades_v
885#endif
886
887!
888!--    Deallocate dummy arrays
889       DEALLOCATE( num_facades_h )
890       DEALLOCATE( num_facades_v )
891       DEALLOCATE( receive_dum_h )
892       DEALLOCATE( receive_dum_v )
893!
894!--    Allocate index arrays which link facade elements with surface-data type.
895!--    Please note, no height levels are considered here (information is stored
896!--    in surface-data type itself).
897       IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
898!
899!--       Determine number of facade elements per building.
900          buildings(nb)%num_facades_per_building_h = SUM( buildings(nb)%num_facade_h )
901          buildings(nb)%num_facades_per_building_v = SUM( buildings(nb)%num_facade_v )
902!
903!--       Allocate arrays which link the building with the horizontal and vertical
904!--       urban-type surfaces. Please note, linking arrays are allocated over all
905!--       facade elements, which is required in case a building is located at the
906!--       subdomain boundaries, where the building and the corresponding surface
907!--       elements are located on different subdomains.
908          ALLOCATE( buildings(nb)%m_h(1:buildings(nb)%num_facades_per_building_h_l) )
909
910          ALLOCATE( buildings(nb)%l_v(1:buildings(nb)%num_facades_per_building_v_l) )
911          ALLOCATE( buildings(nb)%m_v(1:buildings(nb)%num_facades_per_building_v_l) )
912       ENDIF
913
914       IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
915          ALLOCATE( buildings(nb)%vpf(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
916          buildings(nb)%vpf = 0.0_wp
917
918          facade_area_v = 0.0_wp         
919          DO  k = buildings(nb)%kb_min, buildings(nb)%kb_max
920             facade_area_v = facade_area_v + buildings(nb)%num_facade_v(k)     &
921                             * dzw(k+1) * dx
922          ENDDO
923!
924!--       Determine volume per total facade area (vpf). For the horizontal facade
925!--       area num_facades_per_building_h can be taken, multiplied with dx*dy.
926!--       However, due to grid stretching, vertical facade elements must be
927!--       summed-up vertically. Please note, if dx /= dy, an error is made!
928          buildings(nb)%vpf = buildings(nb)%vol_tot /                          &
929                        ( buildings(nb)%num_facades_per_building_h * dx * dy + &
930                          facade_area_v )
931!
932!--       Determine floor-area-per-facade.
933          buildings(nb)%fapf = buildings(nb)%num_facades_per_building_h        &
934                             * dx * dy                                         &
935                             / ( buildings(nb)%num_facades_per_building_h      &
936                               * dx * dy + facade_area_v )
937       ENDIF
938    ENDDO
939!
940!-- Link facade elements with surface data type.
941!-- Allocate array for counting.
942    ALLOCATE( n_fa(1:num_build) )
943    n_fa = 1
944
945    DO  m = 1, surf_usm_h%ns
946       i = surf_usm_h%i(m) + surf_usm_h%ioff
947       j = surf_usm_h%j(m) + surf_usm_h%joff
948
949       nb = MINLOC( ABS( buildings(:)%id - building_id_f%var(j,i) ), DIM = 1 )
950
951       IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
952          buildings(nb)%m_h(n_fa(nb)) = m
953          n_fa(nb) = n_fa(nb) + 1 
954       ENDIF
955    ENDDO
956
957    n_fa = 1
958    DO  l = 0, 3
959       DO  m = 1, surf_usm_v(l)%ns
960          i = surf_usm_v(l)%i(m) + surf_usm_v(l)%ioff
961          j = surf_usm_v(l)%j(m) + surf_usm_v(l)%joff
962
963          nb = MINLOC( ABS( buildings(:)%id - building_id_f%var(j,i) ), DIM = 1 )
964
965          IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
966             buildings(nb)%l_v(n_fa(nb)) = l
967             buildings(nb)%m_v(n_fa(nb)) = m
968             n_fa(nb) = n_fa(nb) + 1   
969          ENDIF
970       ENDDO
971    ENDDO
972    DEALLOCATE( n_fa )
973!
974!-- Initialize building parameters, first by mean building type. Note,
975!-- in this case all buildings have the same type.
976!-- In a second step initialize with building tpyes from static input file,
977!-- where building types can be individual for each building.
978    buildings(:)%lambda_layer3       = building_pars(31,building_type)
979    buildings(:)%s_layer3            = building_pars(44,building_type)
980    buildings(:)%f_c_win             = building_pars(119,building_type)
981    buildings(:)%g_value_win         = building_pars(120,building_type)   
982    buildings(:)%u_value_win         = building_pars(121,building_type)       
983    buildings(:)%eta_ve              = building_pars(124,building_type)   
984    buildings(:)%factor_a            = building_pars(125,building_type)   
985    buildings(:)%factor_c            = building_pars(126,building_type)
986    buildings(:)%lambda_at           = building_pars(127,building_type)   
987    buildings(:)%theta_int_h_set     = building_pars(13,building_type)   
988    buildings(:)%theta_int_c_set     = building_pars(12,building_type)
989    buildings(:)%q_h_max             = building_pars(128,building_type)   
990    buildings(:)%q_c_max             = building_pars(129,building_type)         
991    buildings(:)%qint_high           = building_pars(130,building_type)
992    buildings(:)%qint_low            = building_pars(131,building_type)
993    buildings(:)%height_storey       = building_pars(132,building_type)
994    buildings(:)%height_cei_con      = building_pars(133,building_type)
995    buildings(:)%params_waste_heat_h = building_pars(134,building_type)
996    buildings(:)%params_waste_heat_c = building_pars(135,building_type)
997!
998!-- Initialize seasonal dependent parameters, depending on day of the year.
999!-- First, calculated day of the year.
1000    CALL get_date_time( time_since_reference_point, day_of_year = day_of_year )
1001!
1002!-- Summer is defined in between northward- and southward equinox.
1003    IF ( day_of_year >= northward_equinox  .AND.                               &
1004         day_of_year <= southward_equinox )  THEN
1005       buildings(:)%air_change_low      = summer_pars(0,building_type)   
1006       buildings(:)%air_change_high     = summer_pars(1,building_type)
1007    ELSE
1008       buildings(:)%air_change_low      = winter_pars(0,building_type)   
1009       buildings(:)%air_change_high     = winter_pars(1,building_type)
1010    ENDIF
1011!
1012!-- Initialize ventilaation load. Please note, building types > 7 are actually
1013!-- not allowed (check already in urban_surface_mod and netcdf_data_input_mod.
1014!-- However, the building data base may be later extended.
1015    IF ( building_type ==  1  .OR.  building_type ==  2  .OR.                  &
1016         building_type ==  3  .OR.  building_type == 10  .OR.                  &
1017         building_type == 11  .OR.  building_type == 12 )  THEN
1018       buildings(:)%ventilation_int_loads = 1
1019!
1020!-- Office, building with large windows
1021    ELSEIF ( building_type ==  4  .OR.  building_type ==  5  .OR.              &
1022             building_type ==  6  .OR.  building_type ==  7  .OR.              &
1023             building_type ==  8  .OR.  building_type ==  9)  THEN
1024       buildings(:)%ventilation_int_loads = 2
1025!
1026!-- Industry, hospitals
1027    ELSEIF ( building_type == 13  .OR.  building_type == 14  .OR.              &
1028             building_type == 15  .OR.  building_type == 16  .OR.              &
1029             building_type == 17  .OR.  building_type == 18 )  THEN
1030       buildings(:)%ventilation_int_loads = 3
1031    ENDIF
1032!
1033!-- Initialization of building parameters - level 2
1034    IF ( building_type_f%from_file )  THEN
1035       DO  i = nxl, nxr
1036          DO  j = nys, nyn
1037              IF ( building_id_f%var(j,i) /= building_id_f%fill )  THEN
1038                 nb = MINLOC( ABS( buildings(:)%id - building_id_f%var(j,i) ), &
1039                              DIM = 1 )
1040                 bt = building_type_f%var(j,i)
1041                 
1042                 buildings(nb)%lambda_layer3       = building_pars(31,bt)
1043                 buildings(nb)%s_layer3            = building_pars(44,bt)
1044                 buildings(nb)%f_c_win             = building_pars(119,bt)
1045                 buildings(nb)%g_value_win         = building_pars(120,bt)   
1046                 buildings(nb)%u_value_win         = building_pars(121,bt)   
1047                 buildings(nb)%eta_ve              = building_pars(124,bt)   
1048                 buildings(nb)%factor_a            = building_pars(125,bt)   
1049                 buildings(nb)%factor_c            = building_pars(126,bt)
1050                 buildings(nb)%lambda_at           = building_pars(127,bt)   
1051                 buildings(nb)%theta_int_h_set     = building_pars(13,bt)   
1052                 buildings(nb)%theta_int_c_set     = building_pars(12,bt)
1053                 buildings(nb)%q_h_max             = building_pars(128,bt)   
1054                 buildings(nb)%q_c_max             = building_pars(129,bt)         
1055                 buildings(nb)%qint_high           = building_pars(130,bt)
1056                 buildings(nb)%qint_low            = building_pars(131,bt)
1057                 buildings(nb)%height_storey       = building_pars(132,bt)
1058                 buildings(nb)%height_cei_con      = building_pars(133,bt) 
1059                 buildings(nb)%params_waste_heat_h = building_pars(134,bt)
1060                 buildings(nb)%params_waste_heat_c = building_pars(135,bt)
1061
1062              IF ( day_of_year >= northward_equinox  .AND.                     &
1063                   day_of_year <= southward_equinox )  THEN
1064                 buildings(nb)%air_change_low      = summer_pars(0,bt)   
1065                 buildings(nb)%air_change_high     = summer_pars(1,bt)
1066              ELSE
1067                 buildings(nb)%air_change_low      = winter_pars(0,bt)   
1068                 buildings(nb)%air_change_high     = winter_pars(1,bt)
1069              ENDIF
1070
1071!
1072!--              Initialize ventilaation load. Please note, building types > 7
1073!--              are actually not allowed (check already in urban_surface_mod 
1074!--              and netcdf_data_input_mod. However, the building data base may
1075!--              be later extended.
1076                 IF ( bt ==  1  .OR.  bt ==  2  .OR.                           &
1077                      bt ==  3  .OR.  bt == 10  .OR.                           &
1078                      bt == 11  .OR.  bt == 12 )  THEN
1079                    buildings(nb)%ventilation_int_loads = 1
1080!                   
1081!--              Office, building with large windows
1082                 ELSEIF ( bt ==  4  .OR.  bt ==  5  .OR.                       &
1083                          bt ==  6  .OR.  bt ==  7  .OR.                       &
1084                          bt ==  8  .OR.  bt ==  9)  THEN
1085                    buildings(nb)%ventilation_int_loads = 2
1086!
1087!--              Industry, hospitals
1088                 ELSEIF ( bt == 13  .OR.  bt == 14  .OR.                       &
1089                          bt == 15  .OR.  bt == 16  .OR.                       &
1090                          bt == 17  .OR.  bt == 18 )  THEN
1091                    buildings(nb)%ventilation_int_loads = 3
1092                 ENDIF
1093              ENDIF
1094           ENDDO
1095        ENDDO
1096    ENDIF
1097!
1098!-- Calculation of surface-related heat transfer coeffiecient
1099!-- out of standard u-values from building database
1100!-- only amount of extern and surface is used
1101!-- otherwise amount between air and surface taken account twice
1102    DO nb = 1, num_build
1103       IF ( buildings(nb)%on_pe ) THEN   
1104          du_win_tmp = 1.0_wp / buildings(nb)%u_value_win
1105          u_tmp = buildings(nb)%u_value_win * ( du_win_tmp / ( du_win_tmp -    &
1106                  0.125_wp + ( 1.0_wp / h_is ) ) )
1107                 
1108          du_tmp = 1.0_wp / u_tmp
1109         
1110          buildings(nb)%h_es = 1.0_wp / ( du_tmp - ( 1.0_wp / h_is ) )
1111
1112       ENDIF
1113    ENDDO
1114!
1115!-- Initial room temperature [K]
1116!-- (after first loop, use theta_m_t as theta_m_t_prev)
1117    theta_m_t_prev = initial_indoor_temperature
1118!
1119!-- Initialize indoor temperature. Actually only for output at initial state.
1120    DO  nb = 1, num_build
1121       IF ( buildings(nb)%on_pe )                                              &
1122          buildings(nb)%t_in(:) = initial_indoor_temperature
1123    ENDDO
1124
1125    CALL location_message( 'initializing indoor model', 'finished' )
1126
1127 END SUBROUTINE im_init
1128
1129
1130!------------------------------------------------------------------------------!
1131! Description:
1132! ------------
1133!> Main part of the indoor model.
1134!> Calculation of .... (kanani: Please describe)
1135!------------------------------------------------------------------------------!
1136 SUBROUTINE im_main_heatcool
1137
1138!     USE basic_constants_and_equations_mod,                                     &
1139!         ONLY:  c_p
1140
1141    USE control_parameters,                                                    &
1142        ONLY:  time_since_reference_point
1143
1144    USE grid_variables,                                                        &
1145        ONLY:  dx, dy
1146
1147    USE pegrid
1148   
1149    USE surface_mod,                                                           &
1150        ONLY:  ind_veg_wall, ind_wat_win, surf_usm_h, surf_usm_v
1151
1152    USE urban_surface_mod,                                                     &
1153        ONLY:  nzt_wall, t_wall_h, t_wall_v, t_window_h, t_window_v,           &
1154               building_type
1155
1156    INTEGER(iwp) ::  i    !< index of facade-adjacent atmosphere grid point in x-direction
1157    INTEGER(iwp) ::  j    !< index of facade-adjacent atmosphere grid point in y-direction
1158    INTEGER(iwp) ::  k    !< index of facade-adjacent atmosphere grid point in z-direction
1159    INTEGER(iwp) ::  kk   !< vertical index of indoor grid point adjacent to facade
1160    INTEGER(iwp) ::  l    !< running index for surface-element orientation
1161    INTEGER(iwp) ::  m    !< running index surface elements
1162    INTEGER(iwp) ::  nb   !< running index for buildings
1163    INTEGER(iwp) ::  fa   !< running index for facade elements of each building
1164
1165    REAL(wp) ::  indoor_wall_window_temperature   !< weighted temperature of innermost wall/window layer
1166    REAL(wp) ::  near_facade_temperature          !< outside air temperature 10cm away from facade
1167    REAL(wp) ::  second_of_day                    !< second of the current day
1168    REAL(wp) ::  time_utc_hour                    !< time of day (hour UTC)
1169
1170    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  t_in_l_send   !< dummy send buffer used for summing-up indoor temperature per kk-level
1171    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  t_in_recv     !< dummy recv buffer used for summing-up indoor temperature per kk-level
1172!
1173!-- Determine time of day in hours.
1174    CALL get_date_time( time_since_reference_point, second_of_day=second_of_day )
1175    time_utc_hour = second_of_day / seconds_per_hour
1176!
1177!-- Following calculations must be done for each facade element.
1178    DO  nb = 1, num_build
1179!
1180!--    First, check whether building is present on local subdomain.
1181       IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
1182!
1183!--       Determine daily schedule. 08:00-18:00 = 1, other hours = 0.
1184!--       Residental Building, panel WBS 70   
1185          IF ( buildings(nb)%ventilation_int_loads == 1 )  THEN
1186             IF ( time_utc_hour >= 8.0_wp  .AND.  time_utc_hour <= 18.0_wp )  THEN
1187                schedule_d = 0
1188             ELSE
1189                schedule_d = 1
1190             ENDIF
1191          ENDIF
1192!
1193!--       Office, building with large windows
1194          IF ( buildings(nb)%ventilation_int_loads == 2 )  THEN
1195             IF ( time_utc_hour >= 8.0_wp  .AND.  time_utc_hour <= 18.0_wp )  THEN
1196                schedule_d = 1
1197             ELSE
1198                schedule_d = 0
1199             ENDIF
1200          ENDIF
1201!       
1202!--       Industry, hospitals
1203          IF ( buildings(nb)%ventilation_int_loads == 3 )  THEN
1204             IF ( time_utc_hour >= 6.0_wp  .AND.  time_utc_hour <= 22.0_wp )  THEN
1205                schedule_d = 1
1206             ELSE
1207                schedule_d = 0
1208             ENDIF
1209          ENDIF
1210!
1211!--       Initialize/reset indoor temperature
1212          buildings(nb)%t_in_l = 0.0_wp 
1213!
1214!--       Horizontal surfaces
1215          DO  fa = 1, buildings(nb)%num_facades_per_building_h_l
1216!
1217!--          Determine index where corresponding surface-type information
1218!--          is stored.
1219             m = buildings(nb)%m_h(fa)
1220!
1221!--          Determine building height level index.
1222             kk = surf_usm_h%k(m) + surf_usm_h%koff
1223!
1224!--          Building geometries --> not time-dependent
1225             facade_element_area          = dx * dy                               !< [m2] surface area per facade element   
1226             floor_area_per_facade        = buildings(nb)%fapf                    !< [m2/m2] floor area per facade area
1227             indoor_volume_per_facade     = buildings(nb)%vpf(kk)                 !< [m3/m2] indoor air volume per facade area
1228             buildings(nb)%area_facade    = facade_element_area *                                   &
1229                                          ( buildings(nb)%num_facades_per_building_h +              &
1230                                            buildings(nb)%num_facades_per_building_v )                !< [m2] area of total facade
1231             window_area_per_facade       = surf_usm_h%frac(m,ind_wat_win)  * facade_element_area     !< [m2] window area per facade element
1232
1233             buildings(nb)%net_floor_area = buildings(nb)%vol_tot / ( buildings(nb)%height_storey )
1234             total_area                   = buildings(nb)%net_floor_area                              !< [m2] area of all surfaces pointing to zone  Eq. (9) according to section 7.2.2.2
1235             a_m                          = buildings(nb)%factor_a * total_area *                   &
1236                                          ( facade_element_area / buildings(nb)%area_facade ) *     &
1237                                            buildings(nb)%lambda_at                                   !< [m2] standard values according to Table 12 section 12.3.1.2  (calculate over Eq. (65) according to section 12.3.1.2)
1238             c_m                          = buildings(nb)%factor_c * total_area *                   &
1239                                          ( facade_element_area / buildings(nb)%area_facade )         !< [J/K] standard values according to table 12 section 12.3.1.2 (calculate over Eq. (66) according to section 12.3.1.2)             
1240!
1241!--          Calculation of heat transfer coefficient for transmission --> not time-dependent
1242             h_t_es   = window_area_per_facade * buildings(nb)%h_es                                   !< [W/K] only for windows
1243
1244             h_t_is  = buildings(nb)%area_facade  * h_is                                                             !< [W/K] with h_is = 3.45 W / (m2 K) between surface and air, Eq. (9)
1245             h_t_ms  = a_m * h_ms                                                                     !< [W/K] with h_ms = 9.10 W / (m2 K) between component and surface, Eq. (64)
1246             h_t_wall  = 1.0_wp / ( 1.0_wp / ( ( facade_element_area - window_area_per_facade )     & !< [W/K]
1247                                    * buildings(nb)%lambda_layer3 / buildings(nb)%s_layer3 * 0.5_wp &
1248                                             ) + 1.0_wp / h_t_ms )                                    !< [W/K] opaque components
1249             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
1250!
1251!--          internal air loads dependent on the occupacy of the room
1252!--          basical internal heat gains (qint_low) with additional internal heat gains by occupancy (qint_high) (0,5*phi_int)
1253             phi_ia = 0.5_wp * ( ( buildings(nb)%qint_high * schedule_d + buildings(nb)%qint_low )  &
1254                              * floor_area_per_facade ) 
1255             q_int = phi_ia / total_area
1256!
1257!--          Airflow dependent on the occupacy of the room
1258!--          basical airflow (air_change_low) with additional airflow gains by occupancy (air_change_high)
1259             air_change = ( buildings(nb)%air_change_high * schedule_d + buildings(nb)%air_change_low )  !< [1/h]?
1260!
1261!--          Heat transfer of ventilation
1262!--          not less than 0.01 W/K to provide division by 0 in further calculations
1263!--          with heat capacity of air 0.33 Wh/m2K
1264             h_v   = MAX( 0.01_wp , ( air_change * indoor_volume_per_facade *      &
1265                                    0.33_wp * (1.0_wp - buildings(nb)%eta_ve ) ) )    !< [W/K] from ISO 13789 Eq.(10)
1266
1267!--          Heat transfer coefficient auxiliary variables
1268             h_t_1 = 1.0_wp / ( ( 1.0_wp / h_v )   + ( 1.0_wp / h_t_is ) )  !< [W/K] Eq. (C.6)
1269             h_t_2 = h_t_1 + h_t_es                                         !< [W/K] Eq. (C.7)
1270             h_t_3 = 1.0_wp / ( ( 1.0_wp / h_t_2 ) + ( 1.0_wp / h_t_ms ) )  !< [W/K] Eq. (C.8)
1271!
1272!--          Net short-wave radiation through window area (was i_global)
1273             net_sw_in = surf_usm_h%rad_sw_in(m) - surf_usm_h%rad_sw_out(m)
1274!
1275!--          Quantities needed for im_calc_temperatures
1276             i = surf_usm_h%i(m)
1277             j = surf_usm_h%j(m)
1278             k = surf_usm_h%k(m)
1279             near_facade_temperature = surf_usm_h%pt_10cm(m)
1280             indoor_wall_window_temperature =                                  &
1281                  surf_usm_h%frac(m,ind_veg_wall) * t_wall_h(nzt_wall,m)       &
1282                + surf_usm_h%frac(m,ind_wat_win)  * t_window_h(nzt_wall,m)
1283!
1284!--          Solar thermal gains. If net_sw_in larger than sun-protection
1285!--          threshold parameter (params_solar_protection), sun protection will
1286!--          be activated
1287             IF ( net_sw_in <= params_solar_protection )  THEN
1288                solar_protection_off = 1
1289                solar_protection_on  = 0
1290             ELSE
1291                solar_protection_off = 0
1292                solar_protection_on  = 1
1293             ENDIF
1294!
1295!--          Calculation of total heat gains from net_sw_in through windows [W] in respect on automatic sun protection
1296!--          DIN 4108 - 2 chap.8
1297             phi_sol = (   window_area_per_facade * net_sw_in * solar_protection_off                           &
1298                         + window_area_per_facade * net_sw_in * buildings(nb)%f_c_win * solar_protection_on )  &
1299                       * buildings(nb)%g_value_win * ( 1.0_wp - params_f_f ) * params_f_w
1300             q_sol = phi_sol           
1301!
1302!--          Calculation of the mass specific thermal load for internal and external heatsources of the inner node
1303             phi_m   = (a_m / total_area) * ( phi_ia + phi_sol )                                    !< [W] Eq. (C.2) with phi_ia=0,5*phi_int
1304             q_c_m = phi_m
1305!
1306!--          Calculation mass specific thermal load implied non thermal mass
1307             phi_st  =   ( 1.0_wp - ( a_m / total_area ) - ( h_t_es / ( 9.1_wp * total_area ) ) ) &
1308                       * ( phi_ia + phi_sol )                                                       !< [W] Eq. (C.3) with phi_ia=0,5*phi_int
1309             q_c_st = phi_st           
1310!
1311!--          Calculations for deriving indoor temperature and heat flux into the wall
1312!--          Step 1: Indoor temperature without heating and cooling
1313!--          section C.4.1 Picture C.2 zone 3)
1314             phi_hc_nd = 0.0_wp
1315             
1316             CALL im_calc_temperatures ( i, j, k, indoor_wall_window_temperature, &
1317                                         near_facade_temperature, phi_hc_nd )
1318!
1319!--          If air temperature between border temperatures of heating and cooling, assign output variable, then ready   
1320             IF ( buildings(nb)%theta_int_h_set <= theta_air  .AND.  theta_air <= buildings(nb)%theta_int_c_set )  THEN
1321                phi_hc_nd_ac = 0.0_wp
1322                phi_hc_nd    = phi_hc_nd_ac           
1323                theta_air_ac = theta_air
1324!
1325!--          Step 2: Else, apply 10 W/m2 heating/cooling power and calculate indoor temperature
1326!--          again.
1327             ELSE
1328!
1329!--             Temperature not correct, calculation method according to section C4.2
1330                theta_air_0 = theta_air                                                  !< temperature without heating/cooling 
1331!
1332!--             Heating or cooling?
1333                IF ( theta_air_0 > buildings(nb)%theta_int_c_set )  THEN
1334                   theta_air_set = buildings(nb)%theta_int_c_set
1335                ELSE
1336                   theta_air_set = buildings(nb)%theta_int_h_set
1337                ENDIF
1338!
1339!--             Calculate the temperature with phi_hc_nd_10
1340                phi_hc_nd_10 = 10.0_wp * floor_area_per_facade
1341                phi_hc_nd    = phi_hc_nd_10
1342               
1343                CALL im_calc_temperatures ( i, j, k, indoor_wall_window_temperature, &
1344                                            near_facade_temperature, phi_hc_nd )
1345                theta_air_10 = theta_air                                                !< temperature with 10 W/m2 of heating
1346                phi_hc_nd_un = phi_hc_nd_10 * (theta_air_set - theta_air_0)          &
1347                                            / (theta_air_10  - theta_air_0)             !< Eq. (C.13)
1348!
1349!--             Step 3: With temperature ratio to determine the heating or cooling capacity   
1350!--             If necessary, limit the power to maximum power
1351!--             section C.4.1 Picture C.2 zone 2) and 4)
1352                buildings(nb)%phi_c_max = buildings(nb)%q_c_max * floor_area_per_facade             
1353                buildings(nb)%phi_h_max = buildings(nb)%q_h_max * floor_area_per_facade
1354                IF ( buildings(nb)%phi_c_max < phi_hc_nd_un  .AND.  phi_hc_nd_un < buildings(nb)%phi_h_max )  THEN
1355                   phi_hc_nd_ac = phi_hc_nd_un
1356                   phi_hc_nd = phi_hc_nd_un 
1357                ELSE
1358!
1359!--             Step 4: Inner temperature with maximum heating (phi_hc_nd_un positive) or cooling (phi_hc_nd_un negative)
1360!--             section C.4.1 Picture C.2 zone 1) and 5)
1361                   IF ( phi_hc_nd_un > 0.0_wp )  THEN
1362                      phi_hc_nd_ac = buildings(nb)%phi_h_max                            !< Limit heating
1363                   ELSE
1364                      phi_hc_nd_ac = buildings(nb)%phi_c_max                            !< Limit cooling
1365                   ENDIF
1366                ENDIF
1367                phi_hc_nd = phi_hc_nd_ac   
1368!
1369!--             Calculate the temperature with phi_hc_nd_ac (new)
1370                CALL im_calc_temperatures ( i, j, k, indoor_wall_window_temperature, &
1371                                            near_facade_temperature, phi_hc_nd )
1372                theta_air_ac = theta_air
1373             ENDIF
1374!
1375!--          Update theta_m_t_prev
1376             theta_m_t_prev = theta_m_t
1377             
1378             q_vent = h_v * ( theta_air - near_facade_temperature )
1379!
1380!--          Calculate the operating temperature with weighted mean temperature of air and mean solar temperature
1381!--          Will be used for thermal comfort calculations
1382             theta_op     = 0.3_wp * theta_air_ac + 0.7_wp * theta_s          !< [degree_C] operative Temperature Eq. (C.12)
1383!              surf_usm_h%t_indoor(m) = theta_op                               !< not integrated now
1384!
1385!--          Heat flux into the wall. Value needed in urban_surface_mod to
1386!--          calculate heat transfer through wall layers towards the facade
1387!--          (use c_p * rho_surface to convert [W/m2] into [K m/s])
1388             q_wall_win = h_t_ms * ( theta_s - theta_m )                       &
1389                                    / (   facade_element_area                  &
1390                                        - window_area_per_facade )
1391             q_trans = q_wall_win * facade_element_area                                       
1392!
1393!--          Transfer q_wall_win back to USM (innermost wall/window layer)
1394             surf_usm_h%iwghf_eb(m)        = q_wall_win
1395             surf_usm_h%iwghf_eb_window(m) = q_wall_win
1396!
1397!--          Sum up operational indoor temperature per kk-level. Further below,
1398!--          this temperature is reduced by MPI to one temperature per kk-level
1399!--          and building (processor overlapping)
1400             buildings(nb)%t_in_l(kk) = buildings(nb)%t_in_l(kk) + theta_op
1401!
1402!--          Calculation of waste heat
1403!--          Anthropogenic heat output
1404             IF ( phi_hc_nd_ac > 0.0_wp )  THEN
1405                heating_on = 1
1406                cooling_on = 0
1407             ELSE
1408                heating_on = 0
1409                cooling_on = -1
1410             ENDIF
1411
1412             q_waste_heat = ( phi_hc_nd * (                                    &
1413                              buildings(nb)%params_waste_heat_h * heating_on + &
1414                              buildings(nb)%params_waste_heat_c * cooling_on ) &
1415                            ) / facade_element_area                                               !< [W/m2] , observe the directional convention in PALM!
1416             surf_usm_h%waste_heat(m) = q_waste_heat
1417          ENDDO !< Horizontal surfaces loop
1418!
1419!--       Vertical surfaces
1420          DO  fa = 1, buildings(nb)%num_facades_per_building_v_l
1421!
1422!--          Determine indices where corresponding surface-type information
1423!--          is stored.
1424             l = buildings(nb)%l_v(fa)
1425             m = buildings(nb)%m_v(fa)
1426!
1427!--          Determine building height level index.
1428             kk = surf_usm_v(l)%k(m) + surf_usm_v(l)%koff
1429!
1430!--          (SOME OF THE FOLLOWING (not time-dependent COULD PROBABLY GO INTO A FUNCTION
1431!--          EXCEPT facade_element_area, EVERYTHING IS CALCULATED EQUALLY)
1432!--          Building geometries  --> not time-dependent
1433             IF ( l == 0  .OR. l == 1 ) facade_element_area = dx * dzw(kk+1)    !< [m2] surface area per facade element
1434             IF ( l == 2  .OR. l == 3 ) facade_element_area = dy * dzw(kk+1)    !< [m2] surface area per facade element
1435
1436             floor_area_per_facade        = buildings(nb)%fapf                  !< [m2/m2] floor area per facade area
1437             indoor_volume_per_facade     = buildings(nb)%vpf(kk)               !< [m3/m2] indoor air volume per facade area
1438             buildings(nb)%area_facade    = facade_element_area *                                   &
1439                                          ( buildings(nb)%num_facades_per_building_h +              &
1440                                            buildings(nb)%num_facades_per_building_v )                !< [m2] area of total facade
1441             window_area_per_facade       = surf_usm_v(l)%frac(m,ind_wat_win)  * facade_element_area  !< [m2] window area per facade element
1442
1443             buildings(nb)%net_floor_area = buildings(nb)%vol_tot / ( buildings(nb)%height_storey )
1444             total_area                   = buildings(nb)%net_floor_area                              !< [m2] area of all surfaces pointing to zone  Eq. (9) according to section 7.2.2.2
1445             a_m                          = buildings(nb)%factor_a * total_area *                   &
1446                                          ( facade_element_area / buildings(nb)%area_facade ) *     &
1447                                            buildings(nb)%lambda_at                                   !< [m2] standard values according to Table 12 section 12.3.1.2  (calculate over Eq. (65) according to section 12.3.1.2)
1448             c_m                          = buildings(nb)%factor_c * total_area *                   &
1449                                          ( facade_element_area / buildings(nb)%area_facade )         !< [J/K] standard values according to table 12 section 12.3.1.2 (calculate over Eq. (66) according to section 12.3.1.2)
1450!
1451!--          Calculation of heat transfer coefficient for transmission --> not time-dependent
1452             h_t_es   = window_area_per_facade * buildings(nb)%h_es                                   !< [W/K] only for windows
1453
1454             h_t_is  = buildings(nb)%area_facade  * h_is                                                             !< [W/K] with h_is = 3.45 W / (m2 K) between surface and air, Eq. (9)
1455             h_t_ms  = a_m * h_ms                                                                     !< [W/K] with h_ms = 9.10 W / (m2 K) between component and surface, Eq. (64)
1456             h_t_wall  = 1.0_wp / ( 1.0_wp / ( ( facade_element_area - window_area_per_facade )     & !< [W/K]
1457                                    * buildings(nb)%lambda_layer3 / buildings(nb)%s_layer3 * 0.5_wp &
1458                                             ) + 1.0_wp / h_t_ms )                                    !< [W/K] opaque components
1459             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
1460!
1461!--          internal air loads dependent on the occupacy of the room
1462!--          basical internal heat gains (qint_low) with additional internal heat gains by occupancy (qint_high) (0,5*phi_int)
1463             phi_ia = 0.5_wp * ( ( buildings(nb)%qint_high * schedule_d + buildings(nb)%qint_low )  &
1464                              * floor_area_per_facade )
1465             q_int = phi_ia
1466
1467!
1468!--          Airflow dependent on the occupacy of the room
1469!--          basical airflow (air_change_low) with additional airflow gains by occupancy (air_change_high)
1470             air_change = ( buildings(nb)%air_change_high * schedule_d + buildings(nb)%air_change_low ) 
1471!
1472!--          Heat transfer of ventilation
1473!--          not less than 0.01 W/K to provide division by 0 in further calculations
1474!--          with heat capacity of air 0.33 Wh/m2K
1475             h_v   = MAX( 0.01_wp , ( air_change * indoor_volume_per_facade *                       &
1476                                    0.33_wp * (1.0_wp - buildings(nb)%eta_ve ) ) )                    !< [W/K] from ISO 13789 Eq.(10)
1477                                   
1478!--          Heat transfer coefficient auxiliary variables
1479             h_t_1 = 1.0_wp / ( ( 1.0_wp / h_v )   + ( 1.0_wp / h_t_is ) )                            !< [W/K] Eq. (C.6)
1480             h_t_2 = h_t_1 + h_t_es                                                                   !< [W/K] Eq. (C.7)
1481             h_t_3 = 1.0_wp / ( ( 1.0_wp / h_t_2 ) + ( 1.0_wp / h_t_ms ) )                            !< [W/K] Eq. (C.8)
1482!
1483!--          Net short-wave radiation through window area (was i_global)
1484             net_sw_in = surf_usm_v(l)%rad_sw_in(m) - surf_usm_v(l)%rad_sw_out(m)
1485!
1486!--          Quantities needed for im_calc_temperatures
1487             i = surf_usm_v(l)%i(m)
1488             j = surf_usm_v(l)%j(m)   
1489             k = surf_usm_v(l)%k(m)
1490             near_facade_temperature = surf_usm_v(l)%pt_10cm(m)
1491             indoor_wall_window_temperature =                                                       &
1492                  surf_usm_v(l)%frac(m,ind_veg_wall) * t_wall_v(l)%t(nzt_wall,m)                    &
1493                + surf_usm_v(l)%frac(m,ind_wat_win)  * t_window_v(l)%t(nzt_wall,m)
1494!
1495!--          Solar thermal gains. If net_sw_in larger than sun-protection
1496!--          threshold parameter (params_solar_protection), sun protection will
1497!--          be activated
1498             IF ( net_sw_in <= params_solar_protection )  THEN
1499                solar_protection_off = 1
1500                solar_protection_on  = 0 
1501             ELSE
1502                solar_protection_off = 0
1503                solar_protection_on  = 1 
1504             ENDIF
1505!
1506!--          Calculation of total heat gains from net_sw_in through windows [W] in respect on automatic sun protection
1507!--          DIN 4108 - 2 chap.8
1508             phi_sol = (   window_area_per_facade * net_sw_in * solar_protection_off                             &
1509                         + window_area_per_facade * net_sw_in * buildings(nb)%f_c_win * solar_protection_on )    &
1510                       * buildings(nb)%g_value_win * ( 1.0_wp - params_f_f ) * params_f_w
1511             q_sol = phi_sol
1512!
1513!--          Calculation of the mass specific thermal load for internal and external heatsources
1514             phi_m   = (a_m / total_area) * ( phi_ia + phi_sol )          !< [W] Eq. (C.2) with phi_ia=0,5*phi_int
1515             q_c_m = phi_m
1516!
1517!--          Calculation mass specific thermal load implied non thermal mass
1518             phi_st  =   ( 1.0_wp - ( a_m / total_area ) - ( h_t_es / ( 9.1_wp * total_area ) ) )                &
1519                       * ( phi_ia + phi_sol )                                                                       !< [W] Eq. (C.3) with phi_ia=0,5*phi_int
1520             q_c_st = phi_st
1521!
1522!--          Calculations for deriving indoor temperature and heat flux into the wall
1523!--          Step 1: Indoor temperature without heating and cooling
1524!--          section C.4.1 Picture C.2 zone 3)
1525             phi_hc_nd = 0.0_wp
1526             CALL im_calc_temperatures ( i, j, k, indoor_wall_window_temperature, &
1527                                         near_facade_temperature, phi_hc_nd )
1528!
1529!--          If air temperature between border temperatures of heating and cooling, assign output variable, then ready 
1530             IF ( buildings(nb)%theta_int_h_set <= theta_air  .AND.  theta_air <= buildings(nb)%theta_int_c_set )  THEN
1531                phi_hc_nd_ac = 0.0_wp
1532                phi_hc_nd    = phi_hc_nd_ac
1533                theta_air_ac = theta_air
1534!
1535!--          Step 2: Else, apply 10 W/m2 heating/cooling power and calculate indoor temperature
1536!--          again.
1537             ELSE
1538!
1539!--             Temperature not correct, calculation method according to section C4.2
1540                theta_air_0 = theta_air !< Note temperature without heating/cooling
1541!
1542!--             Heating or cooling?
1543                IF ( theta_air_0 > buildings(nb)%theta_int_c_set )  THEN
1544                   theta_air_set = buildings(nb)%theta_int_c_set
1545                ELSE
1546                   theta_air_set = buildings(nb)%theta_int_h_set
1547                ENDIF
1548
1549!--             Calculate the temperature with phi_hc_nd_10
1550                phi_hc_nd_10 = 10.0_wp * floor_area_per_facade
1551                phi_hc_nd    = phi_hc_nd_10
1552       
1553                CALL im_calc_temperatures ( i, j, k, indoor_wall_window_temperature, &
1554                                            near_facade_temperature, phi_hc_nd )
1555
1556                theta_air_10 = theta_air !< Note the temperature with 10 W/m2 of heating
1557
1558                phi_hc_nd_un = phi_hc_nd_10 * ( theta_air_set - theta_air_0 )  &
1559                                            / ( theta_air_10  - theta_air_0 )            !< Eq. (C.13)
1560!
1561!--             Step 3: With temperature ratio to determine the heating or cooling capacity   
1562!--             If necessary, limit the power to maximum power
1563!--             section C.4.1 Picture C.2 zone 2) and 4)
1564                buildings(nb)%phi_c_max = buildings(nb)%q_c_max * floor_area_per_facade
1565                buildings(nb)%phi_h_max = buildings(nb)%q_h_max * floor_area_per_facade
1566                IF ( buildings(nb)%phi_c_max < phi_hc_nd_un  .AND.  phi_hc_nd_un < buildings(nb)%phi_h_max )  THEN
1567                   phi_hc_nd_ac = phi_hc_nd_un
1568                   phi_hc_nd = phi_hc_nd_un
1569                ELSE
1570!
1571!--             Step 4: Inner temperature with maximum heating (phi_hc_nd_un positive) or cooling (phi_hc_nd_un negative)
1572!--             section C.4.1 Picture C.2 zone 1) and 5)
1573                   IF ( phi_hc_nd_un > 0.0_wp )  THEN
1574                      phi_hc_nd_ac = buildings(nb)%phi_h_max                                         !< Limit heating
1575                   ELSE
1576                      phi_hc_nd_ac = buildings(nb)%phi_c_max                                         !< Limit cooling
1577                   ENDIF
1578                ENDIF
1579                phi_hc_nd = phi_hc_nd_ac 
1580!
1581!--             Calculate the temperature with phi_hc_nd_ac (new)
1582                CALL im_calc_temperatures ( i, j, k, indoor_wall_window_temperature, &
1583                                            near_facade_temperature, phi_hc_nd )
1584                theta_air_ac = theta_air
1585             ENDIF
1586!
1587!--          Update theta_m_t_prev
1588             theta_m_t_prev = theta_m_t
1589             
1590             q_vent = h_v * ( theta_air - near_facade_temperature )
1591!
1592!--          Calculate the operating temperature with weighted mean of temperature of air and mean
1593!--          Will be used for thermal comfort calculations
1594             theta_op     = 0.3_wp * theta_air_ac + 0.7_wp * theta_s
1595!              surf_usm_v(l)%t_indoor(m) = theta_op                  !< not integrated yet
1596!
1597!--          Heat flux into the wall. Value needed in urban_surface_mod to
1598!--          calculate heat transfer through wall layers towards the facade
1599             q_wall_win = h_t_ms * ( theta_s - theta_m )                       &
1600                                    / (   facade_element_area                  &
1601                                        - window_area_per_facade )
1602             q_trans = q_wall_win * facade_element_area
1603!
1604!--          Transfer q_wall_win back to USM (innermost wall/window layer)
1605             surf_usm_v(l)%iwghf_eb(m)        = q_wall_win
1606             surf_usm_v(l)%iwghf_eb_window(m) = q_wall_win
1607!
1608!--          Sum up operational indoor temperature per kk-level. Further below,
1609!--          this temperature is reduced by MPI to one temperature per kk-level
1610!--          and building (processor overlapping)
1611             buildings(nb)%t_in_l(kk) = buildings(nb)%t_in_l(kk) + theta_op
1612!
1613!--          Calculation of waste heat
1614!--          Anthropogenic heat output
1615             IF ( phi_hc_nd_ac > 0.0_wp )  THEN
1616                heating_on = 1
1617                cooling_on = 0
1618             ELSE
1619                heating_on = 0
1620                cooling_on = -1
1621             ENDIF
1622
1623             q_waste_heat = ( phi_hc_nd * (                                    &
1624                    buildings(nb)%params_waste_heat_h * heating_on +           &
1625                    buildings(nb)%params_waste_heat_c * cooling_on )           &
1626                            ) / facade_element_area !< [W/m2] , observe the directional convention in PALM!
1627             surf_usm_v(l)%waste_heat(m) = q_waste_heat
1628          ENDDO !< Vertical surfaces loop
1629       ENDIF !< buildings(nb)%on_pe
1630    ENDDO !< buildings loop
1631
1632!
1633!-- Determine the mean building temperature.
1634    DO  nb = 1, num_build
1635!
1636!--    Allocate dummy array used for summing-up facade elements.
1637!--    Please note, dummy arguments are necessary as building-date type
1638!--    arrays are not necessarily allocated on all PEs.
1639       ALLOCATE( t_in_l_send(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
1640       ALLOCATE( t_in_recv(buildings(nb)%kb_min:buildings(nb)%kb_max) )
1641       t_in_l_send = 0.0_wp
1642       t_in_recv   = 0.0_wp
1643
1644       IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
1645          t_in_l_send = buildings(nb)%t_in_l
1646       ENDIF
1647
1648
1649#if defined( __parallel )
1650       CALL MPI_ALLREDUCE( t_in_l_send,                                        &
1651                           t_in_recv,                                          &
1652                           buildings(nb)%kb_max - buildings(nb)%kb_min + 1,    &
1653                           MPI_REAL,                                           &
1654                           MPI_SUM,                                            &
1655                           comm2d,                                             &
1656                           ierr )
1657
1658       IF ( ALLOCATED( buildings(nb)%t_in ) )                                  &
1659           buildings(nb)%t_in = t_in_recv
1660#else
1661       IF ( ALLOCATED( buildings(nb)%t_in ) )                                  &
1662          buildings(nb)%t_in = buildings(nb)%t_in_l
1663#endif
1664
1665       IF ( ALLOCATED( buildings(nb)%t_in ) )  THEN
1666!
1667!--       Average indoor temperature. Note, in case a building is completely
1668!--       surrounded by higher buildings, it may have no facade elements
1669!--       at some height levels, which will lead to a divide by zero.
1670          DO  k = buildings(nb)%kb_min, buildings(nb)%kb_max
1671             IF ( buildings(nb)%num_facade_h(k) +                              &
1672                  buildings(nb)%num_facade_v(k) > 0 )  THEN
1673                buildings(nb)%t_in(k) = buildings(nb)%t_in(k) /                &
1674                               REAL( buildings(nb)%num_facade_h(k) +           &
1675                                     buildings(nb)%num_facade_v(k), KIND = wp )
1676             ENDIF
1677          ENDDO
1678!
1679!--       If indoor temperature is not defined because of missing facade
1680!--       elements, the values from the above-lying level will be taken.
1681!--       At least at the top of the buildings facades are defined, so that
1682!--       at least there an indoor temperature is defined. This information
1683!--       will propagate downwards the building.
1684          DO  k = buildings(nb)%kb_max-1, buildings(nb)%kb_min, -1
1685             IF ( buildings(nb)%num_facade_h(k) +                              &
1686                  buildings(nb)%num_facade_v(k) <= 0 )  THEN
1687                buildings(nb)%t_in(k) = buildings(nb)%t_in(k+1)
1688             ENDIF
1689          ENDDO
1690       ENDIF
1691       
1692
1693!
1694!--    Deallocate dummy arrays
1695       DEALLOCATE( t_in_l_send )
1696       DEALLOCATE( t_in_recv )
1697
1698    ENDDO
1699   
1700 END SUBROUTINE im_main_heatcool
1701
1702!-----------------------------------------------------------------------------!
1703! Description:
1704!-------------
1705!> Check data output for plant canopy model
1706!-----------------------------------------------------------------------------!
1707 SUBROUTINE im_check_data_output( var, unit )
1708
1709    CHARACTER (LEN=*) ::  unit   !<
1710    CHARACTER (LEN=*) ::  var    !<
1711       
1712    SELECT CASE ( TRIM( var ) )
1713   
1714   
1715        CASE ( 'im_hf_roof')
1716           unit = 'W m-2'
1717       
1718        CASE ( 'im_hf_wall_win' )
1719           unit = 'W m-2'
1720           
1721        CASE ( 'im_hf_wall_win_waste' )
1722           unit = 'W m-2'
1723           
1724        CASE ( 'im_hf_roof_waste' )
1725           unit = 'W m-2'
1726       
1727        CASE ( 'im_t_indoor_mean' )
1728           unit = 'K'
1729           
1730        CASE ( 'im_t_indoor_roof' )
1731           unit = 'K'
1732           
1733        CASE ( 'im_t_indoor_wall_win' )
1734           unit = 'K'
1735       
1736        CASE DEFAULT
1737           unit = 'illegal'
1738           
1739    END SELECT
1740   
1741 END SUBROUTINE
1742
1743
1744!-----------------------------------------------------------------------------!
1745! Description:
1746!-------------
1747!> Check parameters routine for plant canopy model
1748!-----------------------------------------------------------------------------!
1749 SUBROUTINE im_check_parameters
1750
1751!   USE control_parameters,
1752!       ONLY: message_string
1753   
1754 END SUBROUTINE im_check_parameters
1755
1756!-----------------------------------------------------------------------------!
1757! Description:
1758!-------------
1759!> Subroutine defining appropriate grid for netcdf variables.
1760!> It is called from subroutine netcdf.
1761!-----------------------------------------------------------------------------!
1762 SUBROUTINE im_define_netcdf_grid( var, found, grid_x, grid_y, grid_z )
1763
1764   
1765   CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN)  ::  var
1766   LOGICAL, INTENT(OUT)           ::  found
1767   CHARACTER (LEN=*), INTENT(OUT) ::  grid_x
1768   CHARACTER (LEN=*), INTENT(OUT) ::  grid_y
1769   CHARACTER (LEN=*), INTENT(OUT) ::  grid_z
1770   
1771   found   = .TRUE.
1772   
1773!
1774!-- Check for the grid
1775    SELECT CASE ( TRIM( var ) )
1776
1777       CASE ( 'im_hf_roof', 'im_hf_roof_waste' )
1778          grid_x = 'x'
1779          grid_y = 'y'
1780          grid_z = 'zw'
1781!
1782!--    Heat fluxes at vertical walls are actually defined on stagged grid, i.e. xu, yv.
1783       CASE ( 'im_hf_wall_win', 'im_hf_wall_win_waste' )
1784          grid_x = 'x'
1785          grid_y = 'y'
1786          grid_z = 'zu'
1787
1788       CASE ( 'im_t_indoor_mean', 'im_t_indoor_roof', 'im_t_indoor_wall_win')
1789          grid_x = 'x'
1790          grid_y = 'y'
1791          grid_z = 'zw'
1792         
1793       CASE DEFAULT
1794          found  = .FALSE.
1795          grid_x = 'none'
1796          grid_y = 'none'
1797          grid_z = 'none'
1798    END SELECT
1799   
1800 END SUBROUTINE im_define_netcdf_grid
1801
1802!------------------------------------------------------------------------------!
1803! Description:
1804! ------------
1805!> Subroutine defining 3D output variables
1806!------------------------------------------------------------------------------!
1807 SUBROUTINE im_data_output_3d( av, variable, found, local_pf, fill_value,      &
1808                               nzb_do, nzt_do )
1809
1810    USE indices
1811
1812    USE kinds
1813
1814    CHARACTER (LEN=*) ::  variable !<
1815
1816    INTEGER(iwp) ::  av    !<
1817    INTEGER(iwp) ::  i     !<
1818    INTEGER(iwp) ::  j     !<
1819    INTEGER(iwp) ::  k     !<
1820    INTEGER(iwp) ::  l     !<
1821    INTEGER(iwp) ::  m     !<
1822    INTEGER(iwp) ::  nb    !< index of the building in the building data structure
1823    INTEGER(iwp) ::  nzb_do !< lower limit of the data output (usually 0)
1824    INTEGER(iwp) ::  nzt_do !< vertical upper limit of the data output (usually nz_do3d)
1825   
1826    LOGICAL      ::  found !<
1827
1828    REAL(wp), INTENT(IN) ::  fill_value !< value for the _FillValue attribute
1829
1830    REAL(sp), DIMENSION(nxl:nxr,nys:nyn,nzb_do:nzt_do) ::  local_pf !<
1831   
1832    local_pf = fill_value
1833   
1834    found = .TRUE.
1835   
1836    SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
1837!
1838!--     Output of indoor temperature. All grid points within the building are
1839!--     filled with values, while atmospheric grid points are set to _FillValues.
1840        CASE ( 'im_t_indoor_mean' )
1841           IF ( av == 0 ) THEN
1842              DO  i = nxl, nxr
1843                 DO  j = nys, nyn
1844                    IF ( building_id_f%var(j,i) /= building_id_f%fill )  THEN
1845!
1846!--                    Determine index of the building within the building data structure.
1847                       nb = MINLOC( ABS( buildings(:)%id - building_id_f%var(j,i) ),   &
1848                                    DIM = 1 )
1849                       IF ( buildings(nb)%on_pe )  THEN
1850!
1851!--                       Write mean building temperature onto output array. Please note,
1852!--                       in contrast to many other loops in the output, the vertical
1853!--                       bounds are determined by the lowest and hightest vertical index
1854!--                       occupied by the building.
1855                          DO  k = buildings(nb)%kb_min, buildings(nb)%kb_max
1856                             local_pf(i,j,k) = buildings(nb)%t_in(k)
1857                          ENDDO
1858                       ENDIF
1859                    ENDIF
1860                 ENDDO
1861              ENDDO
1862           ENDIF 
1863
1864        CASE ( 'im_hf_roof' )
1865           IF ( av == 0 ) THEN
1866              DO  m = 1, surf_usm_h%ns
1867                 i = surf_usm_h%i(m) !+ surf_usm_h%ioff
1868                 j = surf_usm_h%j(m) !+ surf_usm_h%joff
1869                 k = surf_usm_h%k(m) !+ surf_usm_h%koff
1870                 local_pf(i,j,k) = surf_usm_h%iwghf_eb(m)
1871              ENDDO
1872           ENDIF
1873
1874        CASE ( 'im_hf_roof_waste' )
1875           IF ( av == 0 ) THEN
1876              DO m = 1, surf_usm_h%ns
1877                 i = surf_usm_h%i(m) !+ surf_usm_h%ioff
1878                 j = surf_usm_h%j(m) !+ surf_usm_h%joff
1879                 k = surf_usm_h%k(m) !+ surf_usm_h%koff
1880                 local_pf(i,j,k) = surf_usm_h%waste_heat(m)
1881              ENDDO
1882           ENDIF
1883
1884       CASE ( 'im_hf_wall_win' )
1885           IF ( av == 0 ) THEN
1886              DO l = 0, 3
1887                 DO m = 1, surf_usm_v(l)%ns
1888                    i = surf_usm_v(l)%i(m) !+ surf_usm_v(l)%ioff
1889                    j = surf_usm_v(l)%j(m) !+ surf_usm_v(l)%joff
1890                    k = surf_usm_v(l)%k(m) !+ surf_usm_v(l)%koff
1891                    local_pf(i,j,k) = surf_usm_v(l)%iwghf_eb(m)
1892                 ENDDO
1893              ENDDO
1894           ENDIF
1895
1896        CASE ( 'im_hf_wall_win_waste' )
1897           IF ( av == 0 ) THEN
1898              DO l = 0, 3
1899                 DO m = 1, surf_usm_v(l)%ns
1900                    i = surf_usm_v(l)%i(m) !+ surf_usm_v(l)%ioff
1901                    j = surf_usm_v(l)%j(m) !+ surf_usm_v(l)%joff
1902                    k = surf_usm_v(l)%k(m) !+ surf_usm_v(l)%koff
1903                    local_pf(i,j,k) =  surf_usm_v(l)%waste_heat(m) 
1904                 ENDDO
1905              ENDDO
1906           ENDIF
1907
1908!
1909!< NOTE im_t_indoor_roof and im_t_indoor_wall_win not work yet
1910
1911!         CASE ( 'im_t_indoor_roof' )
1912!            IF ( av == 0 ) THEN
1913!               DO  m = 1, surf_usm_h%ns
1914!                   i = surf_usm_h%i(m) !+ surf_usm_h%ioff
1915!                   j = surf_usm_h%j(m) !+ surf_usm_h%joff
1916!                   k = surf_usm_h%k(m) !+ surf_usm_h%koff
1917!                   local_pf(i,j,k) = surf_usm_h%t_indoor(m)
1918!               ENDDO
1919!            ENDIF
1920!
1921!         CASE ( 'im_t_indoor_wall_win' )
1922!            IF ( av == 0 ) THEN           
1923!               DO l = 0, 3
1924!                  DO m = 1, surf_usm_v(l)%ns
1925!                     i = surf_usm_v(l)%i(m) !+ surf_usm_v(l)%ioff
1926!                     j = surf_usm_v(l)%j(m) !+ surf_usm_v(l)%joff
1927!                     k = surf_usm_v(l)%k(m) !+ surf_usm_v(l)%koff
1928!                     local_pf(i,j,k) = surf_usm_v(l)%t_indoor(m)
1929!                  ENDDO
1930!               ENDDO
1931!            ENDIF
1932
1933        CASE DEFAULT
1934           found = .FALSE.
1935           
1936    END SELECT   
1937
1938 END SUBROUTINE im_data_output_3d         
1939!------------------------------------------------------------------------------!
1940! Description:
1941! ------------
1942!> Parin for &indoor_parameters for indoor model
1943!------------------------------------------------------------------------------!
1944 SUBROUTINE im_parin
1945   
1946    USE control_parameters,                                                    &
1947        ONLY:  indoor_model
1948
1949
1950    CHARACTER (LEN=80) ::  line  !< string containing current line of file PARIN
1951
1952    NAMELIST /indoor_parameters/  initial_indoor_temperature
1953
1954!
1955!-- Try to find indoor model package
1956    REWIND ( 11 )
1957    line = ' '
1958    DO   WHILE ( INDEX( line, '&indoor_parameters' ) == 0 )
1959       READ ( 11, '(A)', END=10 )  line
1960    ENDDO
1961    BACKSPACE ( 11 )
1962
1963!
1964!-- Read user-defined namelist
1965    READ ( 11, indoor_parameters )
1966!
1967!-- Set flag that indicates that the indoor model is switched on
1968    indoor_model = .TRUE.
1969
1970!
1971!--    Activate spinup (maybe later
1972!        IF ( spinup_time > 0.0_wp )  THEN
1973!           coupling_start_time = spinup_time
1974!           end_time = end_time + spinup_time
1975!           IF ( spinup_pt_mean == 9999999.9_wp )  THEN
1976!              spinup_pt_mean = pt_surface
1977!           ENDIF
1978!           spinup = .TRUE.
1979!        ENDIF
1980
1981 10 CONTINUE
1982   
1983 END SUBROUTINE im_parin
1984
1985
1986END MODULE indoor_model_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.