In ons eerste deel hebben we vermeld dat er verschillende belastingsprofielen kunnen worden gebruikt voor een boorveldsimulatie: maandelijks en per uur. Hoewel maandelijkse simulaties eenvoudig zijn om mee te beginnen, bieden ze niet hetzelfde inzicht als een simulatie per uur. In dit hoofdstuk bespreken we de voordelen van het gebruik van uurlijkse belastingsprofielen in plaats van maandelijkse.
Belastingsprofielen per uur
In Deel 1.4, werden de twee verschillende soorten belastingsprofielen besproken: maandelijkse belastingsprofielen, met maandelijkse waarden voor het basislast- en piekvermogen voor zowel verwarming als koeling, en uurlijkse belastingsprofielen, waarbij voor elk uur een waarde voor verwarming, koeling (en de vraag naar sanitair warm water) wordt gegeven. Hieronder staat een voorbeeld van een belastingsprofiel per uur.
Het voordeel van het werken met een resolutie per uur is dat we een goed idee hebben van hoe het werkelijke belastingsprofiel eruit ziet, wanneer er wordt verwarmd en gekoeld en wat de duur van het piekvermogen is. Zoals we hieronder zullen zien, heeft vooral deze laatste parameter een grote invloed op de resultaten van de maandelijkse simulatie.
Twee gevallen
Om de extra inzichten te illustreren die kunnen worden verkregen bij het ontwerpen van een boorveld met uurlijkse versus maandelijkse belastingen, zullen twee verschillende gebouwen worden besproken.
- Een flatgebouw met een collectief boorveld. Dit gebouw heeft een aanzienlijk onevenwicht in de onttrekking door de hogere vraag naar verwarming en sanitair warm water.
-
Een auditoriumgebouw, dat een hoge piekvraag naar koeling heeft (omdat het systeem alleen luchtkoeling gebruikt), maar nog steeds een algehele onbalans in afzuiging vertoont.
Beide gebouwen werden dynamisch gesimuleerd, zodat vraagprofielen voor verwarming en koeling per uur beschikbaar zijn. De jaarwaarden voor verwarming en koeling en hun respectievelijke piekvermogens staan in de onderstaande tabel.
| Gebouw | Stroom | Jaarlijkse energie | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Verwarming | Koeling | Verwarming | Koeling | SWW | |
| Woongebouw | 62 kW | 77 kW | 120 MWh | 19 MWh | 60 MWh |
| Auditorium gebouw | 32 kW | 90 kW | 38 MWh | 3,9 MWh | - |
Door de simulatie uit te voeren met zowel uurbelastingsprofielen als jaarwaarden, elimineren we alle andere onzekerheden en kunnen we ons alleen richten op de ontwerpverschillen die ontstaan door het gebruik van verschillende belastingsresoluties. Hieronder worden zowel het woongebouw als het auditoriumgebouw besproken.
Woongebouw
Zoals duidelijk werd uit de vraag naar gebouwen zelf, is er een aanzienlijke onbalans in dit boorveld van ongeveer 116 MWh per jaar in de onttrekking. Dit boorveld wordt echter iets meer beperkt door de koelvraag in het eerste jaar (piektemperatuur van 16,92 °C) dan door de piekverwarmingsvraag in het 25e jaar (2,63 °C).
Als we dezelfde simulatie uitvoeren met het werkelijke belastingsprofiel per uur, zien we dat hetzelfde boorveld inderdaad voldoende is (dus ons ontwerp was correct), maar om een iets andere reden. Hier is de minimale piektemperatuur bij verwarming 2,09 °C en bij koeling 16,36 °C. Terwijl we eerder dachten dat de koelvraag de werkelijke beperkende factor was voor ons boorveldontwerp, is het nu duidelijk dat verwarming de echte beperkende factor is.
Waar komt dit verschil vandaan? De piekduur.
Met de uurgegevens zien we dat de piekkoeltemperatuur slechts één uur optreedt, met de op één na hoogste temperatuur al onder 16 °C. De aanname dat het piekvermogen 8 uur duurde, was in dit geval een overschatting. De onderstaande figuur toont een close-up.
Voor de piekvraag naar verwarming is de situatie omgekeerd: omdat het gebouw vloerverwarming gebruikt, blijft de temperatuur veel langer laag (zoals te zien is in de onderstaande figuur). In dit geval was een piekduur van 8 uur voor verwarming eigenlijk een onderschatting.
Auditorium gebouw
Voor het auditoriumgebouw werd ook een eerste simulatie uitgevoerd met een maandelijkse resolutie, met een piekvraag van 32 kW voor verwarming en 90 kW voor koeling, en een jaarlijkse vraag van respectievelijk 38 MWh en 3,9 MWh. Zoals de onderstaande figuur laat zien, is dit boorveld duidelijk beperkt door de piekvraag naar koeling in het eerste jaar en zijn er 9×4 boorgaten, elk 150 m diep, nodig om aan de behoeften van het gebouw te voldoen. De maximale gemiddelde vloeistoftemperatuur bereikt 16,85 °C.
Wanneer dezelfde simulatie wordt uitgevoerd met een resolutie van een uur, wordt het onderstaande profiel verkregen. In dit geval daalt de maximumtemperatuur tot 16,16 °C, wat aangeeft dat de vereiste grootte van het boorveld (aanzienlijk) overschat was in de maandelijkse simulatie. Aangezien het koelsysteem in het auditorium volledig uit lucht bestaat, is het piekvermogen typisch zeer variabel en heeft het een relatief korte piekduur.
Aangezien het boorveld nu te groot is, kunnen we proberen om de grootte aanzienlijk te verkleinen. Als we een boorveld van 7×4 boorgaten gebruiken (waardoor de investeringskosten met 22% dalen), krijgen we een systeem dat een gemiddelde piektemperatuur van 17,69 °C bereikt, iets boven de toegestane drempelwaarde. Dankzij de uurresolutie van de gegevens kunnen we echter zien (zoals weergegeven in de onderstaande figuur) dat deze piektemperatuur slechts één keer voorkomt tijdens de hele simulatie, terwijl de andere piektemperaturen ruim onder de 17 °C blijven.
Met behulp van deze resolutie per uur kunnen we dus met vertrouwen de vereiste boorveldgrootte beperken en onrendabele overdimensionering vermijden.
Conclusie
In dit hoofdstuk werd het ontwerpen met zowel maandelijkse als uurlijkse belastingsprofielen vergeleken. Er werd aangetoond dat het mogelijk is om correcte ontwerpen te maken met beide resoluties. Echter, door de schatting van de piekduur bij het werken met een maandresolutie, gaat een zekere nuance met betrekking tot de minimum- en maximumtemperaturen verloren.
Met een uurprofiel kun je duidelijk zien hoe lang een bepaalde kritische temperatuur wordt bereikt en op basis van je beste oordeel daarop ontwerpbeslissingen nemen. Als een drempelwaarde bijvoorbeeld maar 1 of 2 uur wordt overschreden, heeft het gezien de inherente onzekerheid van het profiel misschien geen zin om het systeem daarop af te stemmen.
Als je met maandelijkse belastingen werkt, zie je alleen een enkele kritische temperatuur en niet hoeveel uren binnen de maand deze zich voordoet. Door dit gebrek aan detail wordt het moeilijker om te beoordelen of het boorveld over- of ondergedimensioneerd is.
Over het algemeen wordt de voorkeur gegeven aan het ontwerpen met uurgegevens vanwege het hogere detailniveau. Dit detailniveau kan dan verder worden verbeterd met meer geavanceerde en nauwkeurige modellen, zoals uitgelegd in de volgende hoofdstukken, te beginnen met variabele vloeistofeigenschappen.
Vraag
Downloads
- Download GHEtool simulatie uit dit hoofdstuk hier.
- Download het belastingsprofiel per uur voor de auditorium en residentieel gebouw.
Referenties
- Peere, W., Hermans, L., Boydens, W. en Helsen, L. (2023). Evaluatie van de oversizing en rekensnelheid van verschillende open-source borefield sizing methoden. In Voortgang van de 18e IBPSA-conferentie, Shanghai, China, 4-6 september 2023, https://doi.org/10.26868/25222708.2023.1287