Supabase, onze database hosting service, heeft een wereldwijd probleem, waardoor GHEtool op dit moment niet operationeel is. U kunt de status volgen op https://status.supabase.com/.
Je kan GHEtool 14 dagen gratis uitproberen, geen creditcard nodig.
Deel 3
Antwoorden
Wouter Peere
Deel 3: Antwoorden
In dit hoofdstuk geven we je de antwoorden op de vragen aan het einde van elk hoofdstuk van het derde deel van de cursus.
Om zoveel mogelijk uit deze ontwerpcursus te halen, raden we je aan om deze vragen eerst zelf op te lossen voordat je hier naar de oplossing kijkt.
Houd er rekening mee dat, aangezien het ontwerp van een geothermisch boorveld een nogal gecompliceerde taak is, er soms geen definitief antwoord is. De oplossingen die we hier voorstellen zijn onze interpretatie van de vragen, maar dit betekent niet noodzakelijkerwijs dat andere oplossingen niet geldig zouden zijn.
Probeer in het geval van het woongebouw de beste combinatie van piekperioden voor verwarming en koeling te vinden om een goede match te krijgen met het uurlijkse simulatieprofiel. Je kunt hetzelfde proberen te doen voor het auditoriumgebouw.
De manier om dit te doen is door een 'trial and error'-benadering te gebruiken om de piekduur in zowel de warmteafvoer als de koelinjectie bij te werken. In het geval van het woongebouw moet de piekduur bij koeling 4 uur zijn, wat resulteert in een maximale vloeistoftemperatuur van 16,48 °C, wat dicht bij de 16,40 °C ligt die uit de uursimulatie is verkregen. Tijdens verwarming moet de piekduur 110 h zijn om dezelfde gemiddelde vloeistoftemperatuur van 2,09 °C te verkrijgen.
Voor het auditoriumgebouw moet de piekduur 3 uur en 5 uur zijn voor respectievelijk verwarming en koeling om een goede overeenkomst te bereiken tussen de maandelijkse en uurlijkse simulaties.
Omdat een maandelijkse simulatie een vereenvoudiging van de werkelijkheid is, is het niet mogelijk om a priori een enkele piekduur te bepalen die overeenkomt met de equivalente simulatie per uur. Dit benadrukt het belang van het gebruik van een uursimulatie.
In het vorige hoofdstuk werd de ongebruikelijke situatie van een plotselinge daling van de vloeistoftemperatuur getoond. Gebruik GHEtool Cloud om een specifieke reeks ontwerpkeuzes te verkennen en te vinden die hetzelfde effect creëren.
Het doel is om een specifieke set voorwaarden te identificeren waaronder de vloeistof op een bepaald punt tijdens de simulatieperiode overgaat van turbulente of transiënte stroming naar laminaire stroming. Om een dergelijke parametercombinatie te bepalen, schakelt u de optie variabele vloeistofeigenschappen gebruiken en pas een profiel toe dat wordt gedomineerd door extractie, zoals het eerder besproken woongebouw.
In dit geval moet het boorveld zo worden ontworpen dat de stroming tijdens de extractie net laminair is. Door de onbalans zal de vloeistoftemperatuur het laagst zijn in het laatste jaar van de simulatie en hoger in de voorgaande jaren. Als gevolg van de hogere temperatuur zal het Reynoldsgetal ook iets hoger zijn, wat leidt tot transiënte stromingscondities.
Voor het woongebouw kan dit worden bereikt door een enkele DN32 PN16 sonde en een mengsel met 22 v/v% MPG te gebruiken.
Temperatuurprofiel van het woongebouw met de plotselinge daling.
Merk op dat in het bovenstaande profiel de plotselinge daling minder uitgesproken is. Dit komt doordat de grootte van deze daling ook afhangt van het piekvermogen, aangezien de $\Delta T$ tussen de boorgatwandtemperatuur en de vloeistoftemperatuur afhangt van zowel de effectieve thermische boorgatweerstand als het piekvermogen. In dit geval is het piekvermogen lager, waardoor het effect minder duidelijk zichtbaar is.
In Deel 3.2, werd gesteld dat variabele vloeistofeigenschappen een enorm effect hebben op de effectieve thermische boorgatweerstand. In de onderstaande figuur, waarin de boorgatweerstand voor het eerste jaar is weergegeven, lijkt de weerstand bij een constant debiet echter min of meer constant te zijn. Hoe kan dit worden verklaard in het licht van de inzichten uit het vorige hoofdstuk?
Effectieve thermische weerstand van het boorgat gedurende één jaar met zowel een constant als een variabel debiet.
Het gebruik van variabele vloeistofeigenschappen kan resulteren in een significant verschil in boorgatweerstand wanneer een overgang tussen laminaire en turbulente stroming optreedt. In dit geval is de stroomsnelheid altijd voldoende hoog om de turbulente stroming in stand te houden, waardoor er weinig variatie is. In het geval van een variabele stroomsnelheid is de overgang tussen laminaire en turbulente stroming daarentegen duidelijk zichtbaar.
Als we nog eens kijken naar de boorgatweerstandsplot hierboven, lijkt er een grens te zijn rond 0,35 mK/W. Kunt u uitleggen waar dit vandaan komt?
Deze schijnbare limiet wordt veroorzaakt door de parameter minimumdebietpercentage. Omdat in bovenstaande grafiek wordt aangenomen dat de minimale stroomsnelheid altijd 10% van de maximale stroomsnelheid is, legt dit een ondergrens op aan de stroomsnelheid en dus een bovengrens aan het getal van Reynolds en de bijbehorende effectieve thermische weerstand van het boorgat.
Zonder deze limiet zou de boorgatweerstand gemakkelijk 1 mK/W kunnen bereiken, wat duidelijk niet realistisch is.
Gewoonlijk wordt het rendement van de warmtepomp gegeven op B0/W35, met 0°C als referentie-inlaattemperatuur. Wat zou de overeenkomstige gemiddelde vloeistoftemperatuur zijn die we kennen als we met GHEtool werken?
Dit is afhankelijk van het debiet en het temperatuurverschil tussen de in- en uitlaat van de condensor van de warmtepomp. Als wordt uitgegaan van een temperatuurverschil van 4 °C over de warmtepomp, dan is de uitlaattemperatuur van de warmtepomp, dat is de inlaattemperatuur van het boorveld, 4 °C lager dan de inlaattemperatuur van de warmtepomp, dat is de uitlaattemperatuur van het boorveld.
Dit betekent dat wanneer 0 °C het boorgat verlaat, er -4 °C binnenkomt, wat resulteert in een gemiddelde vloeistoftemperatuur van -2 °C.
Benodigde boorgatdiepte voor drie verschillende rendementsaannames.
In de bovenstaande grafiek hebben alle gebouwen een grotere boordiepte nodig wanneer 3 °C wordt gebruikt als de minimale gemiddelde vloeistoftemperatuurgrens, behalve het kantoorgebouw, dat in beide gevallen een identiek ontwerp heeft. Kunt u uitleggen waarom?
Als het ontwerp niet verandert wanneer de minimale gemiddelde vloeistoftemperatuurgrens wordt gevarieerd, geeft dit aan dat het systeem niet wordt beperkt door die temperatuur. In het geval van het kantoorgebouw bepaalt de maximumtemperatuur de vereiste grootte van het boorgat, ongeacht de minimumtemperatuurgrens.
Simuleer nu het laatste scenario met een variabel debiet, met een temperatuurverschil van 3°C tijdens extractie en injectie. Hoe verandert het ontwerp?
Voorheen, bij een constant debiet, bleef de stroming op zijn minst turbulent gedurende de gehele simulatieperiode. Bij een variabel debiet is dit niet langer het geval en is de effectieve boorgatweerstand vaak hoger, wat leidt tot lagere vloeistoftemperaturen en dus een lager rendement.
Bij de overgang van een constant naar een variabel debiet daalt de totale efficiëntie van het systeem van een SCOP van 5,14 naar 5,04 vanwege de hogere gemiddelde boorgatweerstand en lagere vloeistoftemperatuur. Bovendien veranderen de minimale en maximale gemiddelde vloeistoftemperaturen van 0,2 °C en 18,12 °C naar -0,1 °C en 18,75 °C.
Voor injectie komt dit doordat het debiet lager is, wat leidt tot een hogere boorgatweerstand van 0,1341 mK/W in plaats van 0,098 mK/W.
Voor extractie is het gedrag subtieler. De twee grafieken hieronder tonen de vloeistoftemperatuur in het 20e jaar van de simulatieperiode om 08:00 uur voor zowel constante als variabele debieten.
Simulatie van het temperatuurprofiel met een constant debiet.
Hoewel de boorgatwandtemperatuur in beide grafieken gelijk is, verschilt de vloeistoftemperatuur. In de grafiek met constant debiet hierboven is te zien dat de neerwaartse trend in de vloeistoftemperatuur een paar uur eerder is omgeslagen naar een opwaartse trend. Een soortgelijke overgang wordt waargenomen in het geval van een variabel debiet. Om 08:00 uur is er echter een plotselinge sprong, die niet aanwezig is in het geval met een constant debiet.
Simulatie van het temperatuurprofiel met een variabel debiet.
Dit gebeurt op een tijdstip waarop het vermogen niet hoog genoeg is om een turbulent of transiënt stromingsregime te bereiken, en de stroming laminair blijft in het geval van een variabel debiet. Als gevolg daarvan is de boorgatweerstand hoger en zijn de vloeistoftemperaturen lager.
Downloads
Download GHEtool simulatie voor vragen 1.1 en 2.1 hier.
Je kunt GHEtool 14 dagen gratis uitproberen, geen creditcard nodig.
Toestemming beheren
Om de beste ervaringen te bieden, gebruiken we technologieën zoals cookies om apparaatinformatie op te slaan en/of te openen. Door toestemming te geven voor deze technologieën kunnen we gegevens zoals surfgedrag of unieke ID's op deze site verwerken. Als u geen toestemming geeft of uw toestemming intrekt, kan dit negatieve gevolgen hebben voor bepaalde functies en kenmerken.
Functioneel
Altijd actief
De technische opslag of toegang is strikt noodzakelijk voor het legitieme doel om het gebruik van een specifieke uitdrukkelijk door de abonnee of gebruiker gevraagde dienst mogelijk te maken, of met als enig doel de uitvoering van de verzending van een communicatie via een elektronisch communicatienetwerk.
Voorkeuren
De technische opslag of toegang is noodzakelijk voor het legitieme doel om voorkeuren op te slaan die niet zijn aangevraagd door de abonnee of gebruiker.
Statistieken
De technische opslag of toegang die uitsluitend wordt gebruikt voor statistische doeleinden.De technische opslag of toegang die uitsluitend wordt gebruikt voor anonieme statistische doeleinden. Zonder een dagvaarding, vrijwillige naleving door uw internetprovider of aanvullende gegevens van een derde partij kan de informatie die voor dit doel wordt opgeslagen of opgehaald, gewoonlijk niet worden gebruikt om u te identificeren.
Marketing
De technische opslag of toegang is nodig om gebruikersprofielen aan te maken voor het verzenden van reclame of om de gebruiker te volgen op een website of op verschillende websites voor vergelijkbare marketingdoeleinden.
