In dit hoofdstuk geven we je de antwoorden op de vragen aan het einde van elk hoofdstuk van het tweede deel van de cursus.
Vraag 1.1
(Ga naar de oorspronkelijke vraag)
Ik wil een maandelijkse temperatuursimulatie maken waarbij er 8000 kWh koeling is in de zomer, maar dit is puur basislast, zonder pieken. Hoe ziet het temperatuurprofiel eruit?
Wanneer er geen piekvermogens zijn, wordt de energie voor elke maand geleverd op basislastvermogen, wat het kleinste vermogen is dat de gevraagde energie kan leveren gedurende 730 uur (d.w.z. het aantal uren in elke maand). In dit geval is de vloeistoftemperatuur tijdens het koelen gelijk aan de baseloadtemperatuur in de zomermaanden. Dit wordt weergegeven in het onderstaande temperatuurprofiel.
Vraag 1.2
(Ga naar de oorspronkelijke vraag)
Stel je voor dat je je boorgat hebt gesimuleerd met een uurbelasting met een initiële ongestoorde bodemtemperatuur van 11°C en je ontdekt dat je minimale gemiddelde vloeistoftemperatuur 0,2°C is. Je doet nu een TRT en de bodemtemperatuur blijkt 11,5°C te zijn. Welke invloed zou dit hebben op de resultaten van je simulatie?
Alle geothermische boorveldsimulaties beginnen met een bepaalde ongestoorde bodemtemperatuur. In dit geval is de werkelijke ongestoorde bodemtemperatuur 0,5°C hoger dan verwacht, wat betekent dat onze boorgatwandtemperatuur ook 0,5°C hoger is. Aangezien de vloeistoftemperatuur gekoppeld is aan de boorgatwandtemperatuur, zullen deze temperaturen ook met 0,5°C stijgen.
Vraag 2.1
(Ga naar de oorspronkelijke vraag)
Om geld te besparen wil ik met een enkele U-buis werken in plaats van een dubbele. Zou dit effect hebben op de effectieve warmteweerstand van het boorgat en/of onze totale boorgatlengte?
Er is geen definitief antwoord op deze vraag, omdat het sterk afhangt van de stroomsnelheid en of de warmteoverdracht laminair of turbulent is. Als de dubbele U-sonde laminair is en de omschakeling naar een enkele U de vloeistof turbulent maakt, is de kans groot dat je effectieve boorgatweerstand beter is dan in de oorspronkelijke situatie en dat je met minder boorgatmeters kunt volstaan. Als je vloeistof laminair blijft door over te schakelen op een enkele U-sonde, zal je effectieve boorgatweerstand zeker groter zijn, waardoor je meer boorgatmeters nodig hebt.
Aan de andere kant, als je minder maar diepere boorgaten hebt, is je stroomsnelheid meestal hoger (richting 1 l/s per boorgat). In dat geval is je dubbele U-sonde waarschijnlijk turbulent. Overschakelen naar een enkele U-sonde maakt de vloeistof nog turbulenter, maar dit heeft geen significante invloed meer op de warmteoverdracht. Omdat het totale warmteoverdrachtsgebied nu kleiner is, zal de enkele U-sonde in dit geval slechter presteren dan de dubbele U.
Vraag 2.2
(Ga naar de oorspronkelijke vraag)
Stel je voor dat je een boorgat aan het maken bent in massief gesteente. Zou je, afgezien van de juridische aspecten, je boorgat liever dichtgieten of gewoon open laten zodat het gevuld wordt met grondwater?
Er zijn zowel voor- als nadelen aan het gebruik van met grondwater gevulde boorgaten. Als je een belastingsprofiel hebt dat uit de buurt van vriestemperaturen blijft, kun je profiteren van het drijfvermogen in het boorgat zelf. Dit verbetert de warmteoverdracht en geeft je een effectieve warmteweerstand van het boorgat die dicht in de buurt komt van, of zelfs beter is dan, een geboord boorgat, maar tegen lagere investeringskosten.
Als de vloeistoftemperatuur daarentegen vrij koud wordt, zodat het boorgat begint te bevriezen, verdwijnt dit opwaartse effect en kom je uit op een vulgeleidingsvermogen van 0,6 W/(mK), waardoor je effectieve thermische boorgatweerstand daalt. De kans is groot dat je dieper moet boren om dat effect te compenseren.
De vraag of een dieper, met water gevuld boorgat economischer is dan een ondieper boorgat met grout hangt sterk af van de economische context en het specifieke belastingsprofiel van je project.
Vraag 3.1
(Ga naar de oorspronkelijke vraag)
Mijn boorveld is perfect in balans, maar ik heb een vrij hoog grondwaterdebiet. Zou dit een (positief/negatief) effect hebben op mijn ontwerp?
Grondwaterstroming is vooral nuttig wanneer je een onbalans hebt, omdat het een deel van deze onbalans kan wegnemen. In dit geval is er echter geen onbalans, dus er is geen temperatuurdrift op lange termijn die door grondwaterstroming kan worden verminderd. Maar dit betekent niet dat grondwater geen invloed heeft op het boorveld.
Zoals eerder vermeld zijn boorvelden een manier om energie op te slaan over de seizoenen heen, waarbij de vloeistoftemperaturen bij verwarming en koeling worden beïnvloed door de energie die in het vorige seizoen werd geïnjecteerd of onttrokken. Als de grondwaterstroming een deel van de in de winter opgeslagen koude verplaatst, betekent dit dat de wandtemperatuur van het boorgat, en dus de vloeistoftemperaturen, hoger zullen zijn in de zomer.
Hetzelfde geldt voor de opgeslagen warmte van de zomer. Als een deel ervan wordt opgenomen door het grondwater, zal de boorgatwandtemperatuur lager zijn, waardoor de vloeistoftemperaturen zullen dalen.
Dit zou niet alleen de vereiste grootte van het boorveld kunnen vergroten, omdat onze temperaturen nu dichter bij beide limieten liggen, maar ook de algehele efficiëntie van het systeem kunnen verlagen.
Kortom, grondwaterstroming in een volledig gebalanceerd systeem is nogal nadelig. Als er een onbalans is en het boorveld in het laatste jaar beperkt is door langdurige temperatuurafwijkingen, zou grondwaterstroming daarentegen gunstig zijn.
Vraag 4.1
(Ga naar de oorspronkelijke vraag)
Kun je andere manieren bedenken om het ontwerp uit de laatste vraag te verbeteren, terwijl je nog steeds met een enkele DN40 sonde werkt?
Op dit moment werden alle parameters met betrekking tot de stroming gevarieerd, maar we hielden de thermische geleidbaarheid van de grout constant op 1,5 W/(mK) in al onze simulaties. Als we dit verhogen tot een thermisch versterkte grout van 2 W/(mK), daalt onze boorgatweerstand van 0,1257 mK/W tot 0,1116 mK/W, waardoor onze maximale gemiddelde vloeistoftemperatuur daalt tot 16,86°C.
Andere, misschien meer vergezochte oplossingen zouden kunnen zijn om de boordiameter te verkleinen (waardoor de weerstand van de grout effectief afneemt) of om de pijpdiameter nog verder te vergroten tot DN45 (of hoger, zolang je turbulent blijft) om het warmteoverdrachtsoppervlak te vergroten.
Vraag 4.2
(Ga naar de oorspronkelijke vraag)
We bespraken in Deel 1.3 dat de aanname van een lineaire geothermische gradiënt niet zo nauwkeurig is, vooral in stadscentra. Aangezien het project zich in de stad Gent bevindt, is de kans groot dat er inderdaad een stedelijk hitte-eilandeffect is en dat de bodemtemperatuur in de eerste lagen warmer is. Hoe zou je hiermee rekening houden en wat zou het effect zijn op de grootte van je boorveld?
Op een boordiepte van 100 m is de gemiddelde ongestoorde bodemtemperatuur 11,87°C. Als we enige veiligheid in ons ontwerp willen inbouwen, kunnen we de gemiddelde ongestoorde bodemtemperatuur instellen op bijvoorbeeld 12,5°C in het tabblad Bodemgegevens. Dit verhoogt onze maximale gemiddelde vloeistoftemperatuur met 0,63°C, wat gecompenseerd moet worden door het aantal boorgaten weer te verhogen. In onze situatie hadden we 30 extra boringen van 100 m nodig, voor een totaal van 225 boringen, vergeleken met de 195 boringen in vraag 7.
Vraag 4.3
(Ga naar de oorspronkelijke vraag)
We hebben nu aangenomen dat de simulatie in januari is begonnen. Zou het resultaat anders zijn voor een simulatie die in juni begint? Waarom?
Borefields slaan energie op gedurende de seizoenen. Door in januari te beginnen, wordt het boorveld eerst afgekoeld voordat het de zomer ingaat. Als we de simulatie in juni zouden starten, zou de temperatuur van het boorveld hoger zijn omdat het nog niet is afgekoeld door de winningsbelasting in de winter. Aangezien ons boorveld wordt beperkt door de koelvraag, zou dit de gemiddelde vloeistoftemperatuur voor scenario 7 verhogen van 17,11°C voor een start in januari tot 17,42°C voor een simulatie die in juni wordt gestart. Het temperatuurprofiel wordt hieronder gegeven.
Downloads
- Download GHEtool simulatie uit dit hoofdstuk hier.