In unserem ersten Teil haben wir erwähnt, dass verschiedene Lastprofile für eine Bohrlochsimulation verwendet werden können: monatliche und stündliche. Obwohl monatliche Simulationen einfach zu beginnen sind, bieten sie nicht den gleichen Einblick wie eine stündliche Simulation. In diesem Kapitel werden wir die Vorteile der Verwendung von stündlichen Lastprofilen anstelle von monatlichen erörtern.
Stündliche Lastprofile
Unter Teil 1.4, In diesem Zusammenhang wurden zwei verschiedene Arten von Lastprofilen erörtert: monatliche Lastprofile mit monatlichen Werten für die Grundlast und die Spitzenleistung für Heizung und Kühlung sowie stündliche Lastprofile, bei denen für jede Stunde ein Wert für Heizung, Kühlung (und Warmwasserbedarf) angegeben wird. Ein Beispiel für ein stündliches Lastprofil ist unten angegeben.
Der Vorteil, mit einer stündlichen Auflösung zu arbeiten, besteht darin, dass wir eine gute Vorstellung davon haben, wie das tatsächliche Lastprofil aussieht, wann geheizt und gekühlt wird und wie lange die Spitzenleistung anhält. Wie wir weiter unten sehen werden, hat insbesondere der letzte Parameter einen erheblichen Einfluss auf die Ergebnisse der monatlichen Simulation.
Zwei Fälle
Zur Veranschaulichung der zusätzlichen Erkenntnisse, die bei der Planung eines Bohrlochs mit stündlichen statt monatlichen Lasten gewonnen werden können, werden zwei verschiedene Gebäude besprochen.
- Ein Mehrfamilienhaus mit einem gemeinsamen Bohrloch. In diesem Gebäude besteht ein erhebliches Ungleichgewicht bei der Entnahme aufgrund des höheren Heizungs- und Warmwasserbedarfs.
-
Ein Hörsaalgebäude, das einen hohen Spitzenkühlbedarf hat (da das System ausschließlich mit Luft gekühlt wird), aber dennoch ein Gesamtungleichgewicht bei der Entnahme aufweist.
Beide Gebäude wurden dynamisch simuliert, so dass stündliche Bedarfsprofile für Heizung und Kühlung verfügbar sind. Die Jahreswerte für Heizung und Kühlung sowie die jeweiligen Spitzenleistungen sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.
| Gebäude | Strom | Jährliche Energie | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Heizung | Kühlung | Heizung | Kühlung | DHW | |
| Wohngebäude | 62 kW | 77 kW | 120 MWh | 19 MWh | 60 MWh |
| Gebäude des Auditoriums | 32 kW | 90 kW | 38 MWh | 3,9 MWh | - |
Indem wir die Simulation sowohl mit stündlichen Lastprofilen als auch mit Jahreswerten durchführen, eliminieren wir alle anderen Unwägbarkeiten und können uns ausschließlich auf die Auslegungsunterschiede konzentrieren, die sich aus der Verwendung unterschiedlicher Lastauflösungen ergeben. Im Folgenden werden sowohl das Wohngebäude als auch das Hörsaalgebäude behandelt.
Wohngebäude
Wie aus dem Gebäudebedarf selbst ersichtlich wurde, besteht in diesem Bohrfeld ein erhebliches Ungleichgewicht in der Entnahme von etwa 116 MWh pro Jahr. Allerdings wird dieses Bohrfeld durch den Kühlbedarf im ersten Jahr (Spitzentemperatur von 16,92 °C) etwas stärker begrenzt als durch den Spitzenwärmebedarf im 25. Jahr (2,63 °C).
Wenn wir dieselbe Simulation mit dem tatsächlichen stündlichen Lastprofil durchführen, sehen wir, dass dasselbe Bohrlochfeld tatsächlich ausreicht (unsere Auslegung war also richtig), allerdings aus einem etwas anderen Grund. Hier liegt die minimale Spitzentemperatur beim Heizen bei 2,09 °C und beim Kühlen bei 16,36 °C. Während wir früher glaubten, dass der Kühlbedarf der eigentliche begrenzende Faktor für unser Bohrlochfeld war, ist es jetzt klar, dass die Heizung der wirklich begrenzende Faktor ist.
Woher kommt dieser Unterschied? Die Spitzendauer.
Bei den stündlichen Daten zeigt sich, dass die Spitzenkühltemperatur nur eine Stunde lang auftritt, wobei die zweithöchste Temperatur bereits unter 16 °C liegt. Die Annahme, dass die Spitzenleistung 8 Stunden lang anhielt, war in diesem Fall eine Überschätzung. Eine Nahaufnahme ist in der folgenden Abbildung zu sehen.
Beim Spitzenheizbedarf ist die Situation umgekehrt: Da das Gebäude mit einer Fußbodenheizung ausgestattet ist, bleibt die Temperatur über einen viel längeren Zeitraum niedrig (wie in der Abbildung unten dargestellt). In diesem Fall war eine Spitzendauer von 8 Stunden für die Heizung tatsächlich eine Unterschätzung.
Gebäude des Auditoriums
Für das Hörsaalgebäude wurde ebenfalls eine erste Simulation mit einer monatlichen Auflösung durchgeführt, mit einem Spitzenbedarf von 32 kW für Heizung und 90 kW für Kühlung und einem jährlichen Bedarf von 38 MWh bzw. 3,9 MWh. Wie in der nachstehenden Abbildung zu sehen ist, ist dieses Bohrlochfeld durch den Spitzenkühlbedarf im ersten Jahr eindeutig begrenzt, und es sind 9×4 Bohrungen mit einer Tiefe von jeweils 150 m erforderlich, um den Bedarf des Gebäudes zu decken. Die maximale durchschnittliche Flüssigkeitstemperatur erreicht 16,85 °C.
Wenn dieselbe Simulation mit einer stündlichen Auflösung durchgeführt wird, ergibt sich das unten stehende Profil. In diesem Fall sinkt die Höchsttemperatur auf 16,16 °C, was darauf hindeutet, dass die erforderliche Bohrlochgröße in der monatlichen Simulation (deutlich) überschätzt wurde. Da das Kühlsystem im Auditorium ausschließlich aus Luft besteht, ist die Spitzenleistung typischerweise sehr variabel und hat eine relativ kurze Spitzendauer.
Da das Bohrlochfeld nun überdimensioniert ist, könnten wir versuchen, seine Größe deutlich zu verringern. Bei Verwendung eines Bohrlochfelds mit 7×4 Bohrlöchern (wodurch sich die Investitionskosten um 22% verringern) erreichen wir ein System, das eine durchschnittliche Spitzentemperatur der Flüssigkeit von 17,69 °C erreicht, was leicht über dem zulässigen Grenzwert liegt. Dank der stündlichen Auflösung der Daten können wir jedoch sehen (wie in der Abbildung unten dargestellt), dass diese Spitzentemperatur nur einmal während der gesamten Simulation auftritt, während die anderen Spitzentemperaturen deutlich unter 17 °C bleiben.
Mit dieser stündlichen Auflösung können wir die erforderliche Bohrlochgröße zuverlässig reduzieren und eine unwirtschaftliche Überdimensionierung vermeiden.
Fazit
In diesem Kapitel wurde die Auslegung mit monatlichen und stündlichen Lastprofilen verglichen. Es wurde gezeigt, dass es möglich ist, mit beiden Auflösungen korrekte Entwürfe zu erhalten. Aufgrund der Schätzung der Spitzendauer bei der Arbeit mit einer monatlichen Auflösung geht jedoch ein gewisses Maß an Nuancen in Bezug auf die Mindest- und Höchsttemperaturen verloren.
Mit einem stündlichen Profil können Sie klar erkennen, wie lange eine bestimmte kritische Temperatur erreicht wird, und nach bestem Wissen und Gewissen entsprechende Auslegungsentscheidungen treffen. Wenn beispielsweise ein Schwellenwert nur 1 oder 2 Stunden lang überschritten wird, ist es angesichts der dem Profil innewohnenden Unsicherheit möglicherweise nicht sinnvoll, das System dafür zu dimensionieren.
Wenn Sie mit monatlichen Belastungen arbeiten, sehen Sie nur eine einzige kritische Temperatur und nicht, in wie vielen Stunden innerhalb des Monats diese auftritt. Aufgrund dieses Mangels an Details wird es schwieriger zu beurteilen, ob das Bohrlochfeld über- oder unterdimensioniert ist.
Im Allgemeinen ist die Planung mit stündlichen Daten aufgrund des höheren Detaillierungsgrads vorzuziehen. Dieser Detaillierungsgrad kann dann durch fortschrittlichere und genauere Modelle weiter verbessert werden, wie in den nächsten Kapiteln erläutert wird, beginnend mit variable Flüssigkeitseigenschaften.
Frage
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- GHEtool-Simulation aus diesem Kapitel herunterladen hier.
- Laden Sie das stündliche Lastprofil für die Hörsaal und Wohnen Gebäude.
Literaturverzeichnis
- Peere, W., Hermans, L., Boydens, W. und Helsen, L. (2023). Bewertung der Überdimensionierung und Rechengeschwindigkeit verschiedener Open-Source-Borefield-Sizing-Methoden. In . Proceedings der 18. IBPSA-Konferenz, Shanghai, China, 4. bis 6. September 2023, https://doi.org/10.26868/25222708.2023.1287