In dit hoofdstuk geven we je de antwoorden op de vraag die aan het einde van elk hoofdstuk van de achtdelige cursus staat.
Vraag 1.1
(Ga naar de oorspronkelijke vraag)
Naast een kantoorgebouw wordt een woongebouw gebouwd. Welke van de drie opties in dit hoofdstuk zou je op het eerste gezicht aanraden?
Een woongebouw en een kantoorgebouw hebben doorgaans totaal verschillende belastingprofielen: kantoren worden tijdens werkdagen gebruikt, terwijl woongebouwen vooral ’s ochtends, ’s avonds en in het weekend verwarming en koeling nodig hebben. Maar afgezien daarvan heeft een kantoor doorgaans veel meer koeling dan verwarming nodig, waardoor de onbalans kleiner is of zelfs door toevoer wordt gedomineerd, terwijl woongebouwen (uiteraard afhankelijk van de regio) doorgaans door afvoer worden gedomineerd vanwege de hogere vraag naar verwarming en warm water voor huishoudelijk gebruik.
Door beide aan hetzelfde geothermische boorveld aan te sluiten, zou de totale onbalans dus afnemen en daarmee ook de benodigde omvang van het boorveld. Het is waarschijnlijk eenvoudiger om toch met afzonderlijke warmtepompen te werken (minstens één voor het woongedeelte en één voor het kantoorgebouw), aangezien beide waarschijnlijk een totaal verschillende eigendomsstructuur zullen hebben en het gescheiden houden van de warmtepompen wellicht de eenvoudigste oplossing is.
Vraag 1.2
(Ga naar de oorspronkelijke vraag)
Er wordt een nieuwe woonwijk gebouwd met 10 kleinere gebouwen van twee verdiepingen, elk met 4 appartementen, en 1 groter gebouw van zes verdiepingen met 12 woningen. Zou u een individueel of een collectief systeem aanraden?
In dit geval is het waarschijnlijk het beste om te kiezen voor een semi-collectieve oplossing, waarbij elk gebouw zijn eigen collectieve boorveld heeft. In het geval van de vier appartementen zou het zinvol kunnen zijn om met individuele warmtepompen te werken, aangezien er bij een centrale warmtepomp niet veel te besparen valt vanwege de lage mate van gelijktijdig gebruik. Het gebruik van kleine collectieve systemen heeft ook het voordeel dat, als één appartement (om welke reden dan ook) een aanzienlijk afwijkend gebruiksprofiel heeft, de belasting wordt gespreid en gemiddeld over de verschillende boorgaten.
In het gebouw met 12 appartementen kan de keuze voor een centrale warmtepomp al zinvol zijn, maar waarschijnlijk nog niet, gezien de beperkte omvang van de woongemeenschap.
Vraag 1.3
(Ga naar de oorspronkelijke vraag)
Stel je voor dat een energiedienstverlener (ESCO) alle grondwarmtepompen en de boorvelden zou financieren, onderhouden en exploiteren. Zou je antwoord op de vorige vraag veranderen als er één centrale eigenaar van alle systemen zou zijn?
Wanneer er één centrale eigenaar van het systeem is, spelen ook de onderhoudskosten en de complexiteit een rol. In dit geval, met 12 appartementen, zou het voordeliger kunnen zijn om één centrale warmtepomp te onderhouden in plaats van 12 afzonderlijke exemplaren. Ook vanuit kosten- en investeringsoogpunt kan het voordelig zijn om in dit gebouw een centrale productie-eenheid te hebben. Bij 4 woningen hangt het ervan af of er een centrale ruimte is om de centrale warmtepomp te installeren.
Aangezien alle gebouwen hetzelfde verbruiksprofiel hebben (het zijn allemaal woongebouwen), valt er niet veel te winnen door ze aan te sluiten op één enkel geothermisch boorveld. Daarom zal de ESCO waarschijnlijk kiezen voor collectieve oplossingen per gebouw, aangezien de kosten van een horizontaal distributienet op deze schaal waarschijnlijk economisch niet interessant zijn. Dit zou bijvoorbeeld anders zijn als er ook een ander type gebouw (bijvoorbeeld een kantoor) in de buurt staat dat de onbalans ten goede kan beïnvloeden.
Vraag 2.1
(Ga naar de oorspronkelijke vraag)
Waarom neemt de interferentie af nadat de afmetingen van de boorvelden in het eerste geval zijn vergroot?
Er zijn twee aspecten die hierbij een rol spelen:
- Aangezien de boorvelden nu groter zijn, neemt de specifieke warmteafvoersnelheid per boorgat af, omdat de onbalans nu over meer boorgaten wordt verdeeld, waardoor de bijdrage van elk boorgat aan de totale interferentie iets kleiner wordt.
- Aangezien de extra boorgaten iets verder van de andere boorvelden liggen, ondervinden ze iets minder storing van deze velden, waardoor de totale storing van dat boorveld afneemt.
Vraag 2.2
(Ga naar de oorspronkelijke vraag)
Welk effect zou het op het ontwerp hebben als de drie hydraulisch gescheiden boorgaten uit het eerste geval zouden worden samengevoegd tot één boorveld? Je mag ervan uitgaan dat de boorgaten op hun plaats blijven, maar dat ze nu hydraulisch met elkaar worden verbonden, zoals bij een stadsverwarmings- en -koelingsnetwerk van de 5e generatie.
Wanneer alle boorgaten worden aangesloten op één geothermisch systeem, levert het oorspronkelijke ontwerp van in totaal 76 boorgaten een minimale gemiddelde vloeistoftemperatuur op van 1,18 °C. Dit betekent dat het oorspronkelijke aantal boorgaten zelfs te groot is voor het gehele project, terwijl het juist te klein was toen rekening werd gehouden met de onderlinge beïnvloeding. Hoe is dit mogelijk?
De reden hiervoor is dat, wanneer alle boorgaten in één geothermisch boorveld met elkaar zijn verbonden, de bijdrage van elk boorgat aan de totale warmteoverdracht verandert. Bij het in aanmerking nemen van interferentie wordt elk boorveld nog steeds berekend als een op zichzelf staand systeem, waarbij de boorgaten die de grootste bijdrage leveren zich aan de randen van het boorveld bevinden. Wanneer alle boorgaten hydraulisch met elkaar zijn verbonden, zijn de boorgaten die het meest bijdragen nog steeds die aan de rand, maar nu aan de rand van het gehele systeem. Dit verandert de manier waarop energie met de bodem wordt uitgewisseld aanzienlijk.
Vraag 2.3
(Ga naar de oorspronkelijke vraag)
Voer de interferentieberekening voor de omgeving opnieuw uit, maar nu met slechts één boorgat per systeem, gelegen in het geometrische middelpunt van het veld. Je kunt het bijbehorende CSV-bestand hieronder downloaden.
De interferentie is in dit geval iets groter dan wanneer de twee boorgaten afzonderlijk worden beschouwd. Zo heeft systeem 1 nu bijvoorbeeld een totale interferentie van -0,32 °C in plaats van -0,31 °C. Hieruit blijkt dat de aanname van het geometrische middelpunt voor kleine geothermische systemen vrij nauwkeurig is.
Vraag 2.4
(Ga naar de oorspronkelijke vraag)
Wat zou er veranderen als, in plaats van de eindige lijnbron, de oneindige lijnbron zou worden gebruikt om de interferentie te modelleren? Doe dit voor het eerste en het tweede geval.
In beide gevallen neemt de totale interferentie aanzienlijk toe wanneer de oneindige lijnbron wordt gebruikt. In het geval van de drie flatgebouwen loopt de interferentie op tot -1,61 °C (in plaats van -0,74 °C). Voor de 20 huizen is het verschil kleiner (-0,68 °C in plaats van -0,48 °C voor huis 6), aangezien de boorgaten hier verder uit elkaar liggen.
Vraag 3.1
(Ga naar de oorspronkelijke vraag)
Hoe verandert de vereiste grootte van het boorveld wanneer rekening wordt gehouden met deze gelijktijdigheid in combinatie met de heuristiek?
Wanneer de vereiste omvang en diepte van het boorveld opnieuw worden berekend, blijkt dat er 56 boorgaten nodig zijn (in een raster van 14×4, met gelijke afstanden van 7 m) met een boorgatdiepte van 184,41 m. Hierdoor daalt de totale benodigde boorgatlengte van 13.112 m naar 10.271 m.
Vraag 3.2
(Ga naar de oorspronkelijke vraag)
Hoe verandert de benodigde omvang van het boorveld wanneer rekening wordt gehouden met deze gelijktijdigheid met de lastverschuiving?
Wanneer hetzelfde wordt gedaan voor het boorveld met gelijktijdigheid en belastingverschuiving, komt men uit op hetzelfde 14×4-boorveld met tussenafstanden van 7 m, maar nu met een iets grotere boorgatdiepte van 188,71 m. Hiermee komt de totale boorgatlengte uit op 10.512 m, wat meer is dan in het geval van de heuristiek.
Dit komt overeen met de temperatuursimulatie van het uurprofiel met gelijktijdigheid, in vergelijking met de maandelijkse simulatie. Ook hier leverde de uursimulatie iets lagere temperaturen op, wat erop wijst dat er een groter boorveld nodig is.
Vraag 3.3
(Ga naar de oorspronkelijke vraag)
Hoe zou het temperatuurprofiel veranderen als wordt uitgegaan van een maximale gelijktijdigheid van 70%? Zou dit invloed hebben op de vereiste omvang van het boorveld?
Wanneer de gelijktijdigheid wordt teruggebracht tot 70%, bedraagt het resulterende verwarmingsvermogen 190,04 kW en het resulterende koelvermogen 112 kW. Dit leidt tot een lagere minimale gemiddelde vloeistoftemperatuur van 0,47 °C in vergelijking met die bij de hogere gelijktijdigheidsfactor van 0,67 °C. Dit komt doordat het piekvermogen op het boorveld nu (iets) groter is.
Dit leidt ook tot andere vereiste afmetingen, met opnieuw 14×4 boorgaten op een onderlinge afstand van 7 m, maar nu met een diepte van 192,85 m, wat resulteert in een totale boorgatlengte van 10.743 m, wat inderdaad meer is dan de 10.512 m van eerder.