We hebben uurlijkse gegevens al impliciet gebruikt in enkele andere artikelen over hybride ontwerp en actieve en passieve koeling, maar we hebben nooit echt de voordelen besproken in vergelijking met maandelijkse belastingsimulaties. In dit artikel bespreken we de inzichten die je kunt krijgen door te werken met uurlijkse belastingsgegevens.
Wat is een dynamische simulatie?
Voor elk type geothermische simulatie heb je een belastingsprofiel nodig van je gebouw of direct van je boorveld. In ons vorige artikel over het schatten van de gebouwbelasting (dat u kunt vinden op hier), zeiden we dat je ofwel schattingen op een jaarlijkse of maandelijkse tijdschaal kunt gebruiken, of je kunt een dynamische simulatie van je gebouw maken met tools zoals Vabi, Lineair, Energie Plus, IESVE, Vicus gebouwen, IDA ICE ...
Omdat je voor het maken van een dynamische simulatie van je gebouw een volledig 3D-model van het gebouw moet maken en aannames moet doen voor het gedrag van de bezetting, is het vrij tijdrovend en niet noodzakelijkerwijs correcter dan een simpele vuistregel (bullshit in = bullshit out), maar het kan een krachtig hulpmiddel zijn om meer te weten te komen over het gedrag van je gebouw en vragen te beantwoorden als:
- Is er een risico op oververhitting in de zomer?
- Wat is de piekvraag die ik echt nodig heb?
- Als ik automatische zonwering heb, wat is dan het effect op de vraag van mijn gebouw?
Naast deze bouwkundige en MEP-technische voordelen geven deze dynamische simulaties je ook het vraagprofiel van het gebouw in een CSV-bestand met een resolutie per uur, dat je kunt gebruiken in GHEtool.
Voordelen van het gebruik van uurgegevens
Wanneer je een simulatie uitvoert met een maandelijkse resolutie, voer je zowel de piekvraag als de maandelijkse vraag afzonderlijk in. Om het temperatuurprofiel te simuleren, moet je de piekduur schatten (zie ook dit artikel). Deze piekduur vertelt je hoe lang de warmtepomp op maximaal vermogen zal werken tijdens een continue werking. Hoe langer deze piekduur, hoe meer de grond wordt belast. Wanneer je uurgegevens gebruikt, is deze informatie al ingebed in de gegevens zelf, wat betekent dat er geen verdere schattingen nodig zijn: je kunt direct vertrouwen op de bouwfysica.
Zoals we al zeiden, maakt het gebruik van uurgegevens je geothermische simulatie niet noodzakelijkerwijs nauwkeuriger (je kunt bijvoorbeeld nog steeds onjuiste aannames doen over de bezettingsgraad van gebouwen), maar wel inzichtelijker. Dit wordt hieronder aangetoond aan de hand van twee casestudy's.
Twee casestudies
Om de simulatie van een temperatuurprofiel met zowel maandelijkse als uurlijkse gegevens in GHEtool te vergelijken, werden twee verschillende gebouwen geselecteerd:
- Eén flatgebouw met een collectief boorveld. Dit gebouw heeft een aanzienlijke onbalans in de onttrekking vanwege de hogere vraag naar verwarming en sanitair warm water.
- Een auditoriumgebouw, dat een hoge piekvraag naar koeling heeft (omdat het systeem alle lucht koelt), maar nog steeds een algehele onbalans in afzuiging.
Beide gebouwen werden dynamisch gesimuleerd, dus we hebben de vraagprofielen per uur. Met behulp van enige nabewerking werden deze uurgegevens omgezet in een jaarlijkse (piek)vraag voor zowel verwarming als koeling. Door het boorveld te ontwerpen met beide datasets elimineren we alle andere onzekerheden en kunnen we ons alleen richten op de ontwerpverschillen die het gevolg zijn van het gebruik van een van beide resoluties.
Woningbouwproject
Als referentie werd eerst de simulatie met een maandresolutie uitgevoerd. De standaard maandverdeling werd gebruikt, met het maximale vermogen voor verwarming en koeling ingesteld op respectievelijk 62 kW en 77 kW, en een jaarlijkse vraag van 120 MWh en 19 MWh. De vraag naar sanitair warm water was 60 MWh/jaar. Met een gemiddelde piekduur van 8 uur werd het volgende profiel verkregen met een 7×4 boorveld en boorgaten tot 150 m diep.
Zoals duidelijk werd uit de vraag naar gebouwen zelf, is er een aanzienlijke onbalans in dit boorveld van ongeveer 116 MWh/jaar in de onttrekking. Dit boorveld wordt echter iets meer beperkt door de koelvraag in het eerste jaar (piektemperatuur van 16,81 °C) dan door de piekverwarmingsvraag in het 25e jaar (2,63 °C).
!Let op
Je zou kunnen argumenteren dat het overschrijden van de maximale temperatuurlimiet voor koeling in het eerste jaar geen groot probleem is, omdat je de grond toch koelt, en dit probleem kan na verloop van tijd verdwijnen. Als je echter met een maandprofiel werkt, weet je niet hoe significant deze overschrijding zal zijn. Wordt de temperatuurgrens slechts één uur overschreden, of een hele week? Daarom is het bij het gebruik van maandelijkse gegevens beter om je te beperken tot wat je wel weet: of een bepaalde grens al dan niet wordt overschreden, maar niet hoe lang.
Als we dezelfde simulatie uitvoeren met de uurlijkse gegevens, 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 16,37 °C. Waar we eerder het boorveld ontwierpen op basis van de piekvraag voor koeling, 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, waarbij de op één na hoogste temperatuur al onder 16 °C ligt. Ervan uitgaan dat het piekvermogen 8 uur duurde, was in dit geval een overschatting. Voor de piekvraag naar verwarming is het verhaal omgekeerd: aangezien het gebouw gebruik maakt van vloerverwarming, 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.
Let op
Je zou kunnen denken dat je, om dit verschil te overbruggen, simpelweg de piekduur voor verwarming en koeling kunt aanpassen aan de vraag per uur. Hoewel dit inderdaad zou werken, werkt het alleen achteraf, nadat er een uursimulatie is uitgevoerd. De piekduur die het echte gedrag van het gebouw weerspiegelt, kan alleen worden bepaald door simulatie (of meting, als het gebouw al bestaat). Deze waarde varieert van gebouw tot gebouw en het afstemmen ervan op basis van het ene project kan leiden tot aanzienlijke afwijkingen in een ander project.
Auditorium
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 in de maandelijkse simulatie is overschat. Aangezien het koelsysteem in het auditorium volledig uit lucht bestaat, is het piekvermogen typisch zeer variabel.
Als we de grootte van het boorveld aanzienlijk verkleinen tot 7×4 boorgaten (waardoor de investeringskosten met 22% dalen), krijgen we een boorveld met een gemiddelde piektemperatuur van de vloeistof van 17,28 °C - 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 grootte van het boorveld beperken en onrendabele overmaat vermijden.
Conclusie
Dit artikel bespreekt de verschillen tussen het ontwerpen van een boorveld met behulp van de traditionele maandresolutie en het ontwerpen van een boorveld met uurgegevens. Het is duidelijk dat het gebruik van uurgegevens veel meer inzicht geeft in hoe het gebouw (en dus het boorveld) zich gedraagt. Aangezien het niet nodig is om de piekduur in te schatten, kan potentiële over- of ondermaat gemakkelijker worden geïdentificeerd. Hoewel een hogere resolutie dus niet noodzakelijkerwijs leidt tot een nauwkeuriger ontwerp, kunt u er wel met meer vertrouwen en inzicht mee ontwerpen.
Referenties
- Bekijk onze video over dit artikel op onze YouTube pagina hier.