Het ontwerp van boorvelden wordt meestal gedaan door te kijken naar het temperatuurprofiel van het systeem. Hoewel dit vrij eenvoudig te interpreteren is, laat het een aantal belangrijke ontwerpgegevens weg. Vandaag introduceren we contourplots en kaarten in GHEtool Cloud die kunnen helpen om die leemte op te vullen en u te ondersteunen bij het ontwerpen van boorvelden met nog meer vertrouwen!
Contourplots
Temperatuurprofielen zijn een geweldige manier om te laten zien hoe de vloeistof- en boorgatwandtemperatuur van een systeem in de loop van de tijd evolueren. Vooral als je met uurgegevens werkt, kun je veel informatie uit deze grafieken halen. Ze vertellen je echter niet het hele verhaal, aangezien de temperatuur in de grond niet overal constant is en sterk afhankelijk is van zowel de configuratie van je boorgat als je onbalans. Met de introductie van contourplots kunnen we dit visueel maken.
Bekijk het onderstaande temperatuurprofiel om dit punt te illustreren.
Hier is er een vrij significante onbalans, waardoor de grond jaar na jaar afkoelt. De temperaturen die hieronder worden getoond zijn echter allemaal gemiddelde temperaturen, waarbij de boorgatwandtemperatuur het gemiddelde is voor alle boorgaten. Om meer ruimtelijk inzicht te krijgen, kijken we naar de bijbehorende contourplot van dit boorveld.
Hint
U kunt een contourplot maken in GHEtool Cloud door naar het tabblad ‘Algemeen’ te gaan in de ‘Doel-specifieke instellingen’. Deze plots zijn beschikbaar in alle doelen behalve de TRT-analyse.
De bovenstaande contourplot toont een tweedimensionale temperatuurverdeling in de grond, zowel in als buiten het boorveld na n jaar, in dit geval 25. De contouren zijn isotherme lijnen waarbij de temperatuur een bepaald aantal graden afneemt ten opzichte van de oorspronkelijke ongestoorde bodemtemperatuur. Hier zijn de contouren isotherme lijnen waarbij de temperatuur met een bepaald aantal graden afneemt ten opzichte van de oorspronkelijke ongestoorde bodemtemperatuur. De onbalans is ook duidelijk zichtbaar in deze grafische weergave, aangezien alle contourlijnen negatief zijn, wat duidt op de algehele afkoeling van de grond.
Daarnaast is zichtbaar dat de temperatuurdrift niet overal gelijk is, zoals aangegeven door zowel de isothermische lijnen als de temperatuurgradiënt. Het centrum van het boorveld heeft een donkerder blauwe kleur, wat duidt op een meer uitgesproken temperatuurverstoring, terwijl de buitenste regio's van het boorveld minder worden gekoeld. Wanneer men buiten het boorveld gaat, kan men in dit geval een temperatuurverstoring van -1°C op een afstand van 30 m verwachten.
Deze ruimtelijke representatie geeft ook wat extra inzicht in hoe je interferentie tussen naburige systemen moet interpreteren, zoals hierna wordt besproken.
!Let op
Deze hoogtelijnen zijn een schatting van de werkelijkheid, aangezien ze slechts een tweedimensionale weergave zijn van een zuiver geleidend systeem. Ze worden gecreëerd door de onbalans van het systeem te nemen en te verdelen over de verschillende boorgaten. Aangezien niet alle boorgaten dezelfde bijdrage leveren aan de thermische wisselwerking, zoals besproken in de volgende paragrafen, zijn ze een schatting van de werkelijkheid. laatste keer, zal de onbalans veroorzaakt door bepaalde boorgaten meer uitgesproken zijn. Door uiteindelijk uit te gaan van een oneindige lijnbron en alle bijdragen van de verschillende boorgaten bij elkaar op te tellen, ontstaan deze grafieken.
Contourplots en interferentie
Aangezien contourplots een uitstekende manier zijn om de temperatuurverdeling zowel binnen als buiten het boorveld weer te geven, kunnen ze helpen om de thermische interferentie tussen verschillende boorvelden te visualiseren. Eerder werd deze thermische interferentie, zoals besproken hier, werd numeriek uitgedrukt, waardoor de langetermijninvloed van de temperatuur van het ene boorveld op het andere wordt gekwantificeerd. Met behulp van deze grafieken wordt deze interferentie zichtbaar, zoals hieronder getoond.
In de grafiek hierboven is duidelijk te zien dat de individuele onbalans van elk boorveld zich uitstrekt naar de naburige boorvelden, waardoor er één collectieve temperatuursinvloed ontstaat. Natuurlijk is de temperatuurverstoring het grootst in de boorvelden zelf, maar in de loop der jaren verspreidt deze invloed zich. Dit wordt duidelijk als je de afbeelding hierboven, na 25 jaar, vergelijkt met de situatie na slechts één jaar onbalans.
Na slechts 1 jaar is de interferentie veel minder uitgesproken, aangezien er bijna verwaarloosbare interferentie is tussen het borefield linksboven en dat onderaan. Door de jaarlijkse onbalans groeit dit invloedsgebied met de jaren, waardoor de thermische interactie tussen de verschillende systemen toeneemt. Dit kan ook worden gevisualiseerd in GHEtool Cloud, waar het mogelijk is om de contourplots voor elk jaar van de simulatieperiode te animeren. Hieronder is dit gedaan voor de situatie van de thermische interferentie hierboven.
Contourplots en boorveldconfiguratie
Naast het visualiseren van de interferentie tussen verschillende boorvelden, kunnen contourplots ons ook helpen om het belang van de boorveldconfiguratie te begrijpen bij het omgaan met onbalans. Eerder, toen we spraken over hoe om te gaan met onbalans (lees het artikel hier) of bij de introductie van g-functies (lees het artikel hier), werd altijd gezegd dat een grotere afstand tussen de boorgaten en het op één lijn plaatsen van de boorvelden beter was voor het langetermijngedrag van je systeem. Met behulp van contourplots kan dit nu worden gevisualiseerd.
Hieronder wordt de contourplot getoond voor een systeem met een aanzienlijke negatieve onbalans, voor zowel een boorveld van 9 boringen van 130 m in een lijn als in een raster van 3 × 3.
Wanneer beide contouren naast elkaar worden vergeleken, is het duidelijk dat de kou meer opgesloten zit in het boorveld wanneer de boorgaten op een rechthoekig raster worden geplaatst. De temperatuur in dit boorveld daalt na 25 jaar tot -5,3°C ten opzichte van de ongestoorde bodemtemperatuur, terwijl de temperatuur in het geval van een lijn slechts met 4°C daalt. Dit geeft opnieuw extra inzicht in het belang van de configuratie van het boorveld en zal vooral nuttig zijn bij onregelmatige configuraties.
Contourplot van een boorveld met 3×3 boorgaten.
!Let op
Als je met je muis over de plot beweegt, zie je de temperatuurverstoring op die specifieke locatie. Als je een boorgat selecteert, zie je de bijdrage van dat boorgat aan de totale onbalans van het boorveld. In het bovenstaande geval heeft het boorgat in het midden een aanzienlijk lagere specifieke warmteafvoer dan de boorgaten aan de rand of in de hoeken. Dit komt doordat de temperatuur rondom dit binnenste boorgat al lager is, waardoor de extractiecapaciteit beperkt is.
Kaarten
Een tweede update die je kan helpen om je boorvelden gemakkelijker te ontwerpen is om je coördinaten rechtstreeks op een kaart te plaatsen. Vanaf vandaag heb je bij het werken met aangepaste boorveldconfiguraties de optie om een kaart als achtergrond te selecteren, zoals hieronder getoond.
Wanneer je werkt met coördinaten in GHEtool, kan je ofwel je eigen lokaal gedefinieerde referentiekader gebruiken, beginnend bijvoorbeeld op (0,0), ofwel een nationaal coördinatenstelsel. In elk geval moet je je lokale coördinatenstelsel in kaart brengen. Daarom selecteer je gewoon een punt op de kaart en verwijst het naar de coördinaat die overeenkomt met je eigen coördinatensysteem. In het bovenstaande geval overlapt de zwarte gele stip met het (0,0) punt van het coördinatensysteem dat je gebruikt. Je krijgt dan de onderstaande figuur.
Nu kun je gemakkelijk coördinaten naar de juiste locatie slepen en neerzetten, en nieuwe boorgaten toevoegen door rechts te klikken of links te dubbelklikken. Op die manier wordt het ontwerpen van je boorveldconfiguratie eenvoudiger dan ooit tevoren.
Een ander voordeel van het werken met een achtergrondkaart voor je boorvelden is dat je contourplots nu bovenop deze kaarten worden weergegeven. Dit maakt het nog eenvoudiger om de thermische interactie met de omringende systemen te evalueren, zoals hieronder getoond.
!Let op
Men kan de interferentieberekening ook op een kaart tekenen, maar ook daar moet het referentiepunt nauwkeurig worden ingesteld zodat het boorveld op de juiste locatie wordt getekend.
Conclusie
Met de introductie van contourplots wordt het eenvoudiger om inzicht te krijgen in het thermische gedrag op lange termijn van uw geothermische systeem, zowel binnen als buiten uw boorveld. Het kan u helpen om de thermische interferentie tussen naburige systemen te begrijpen en te visualiseren, maar ook om het belang van de boorveldconfiguratie zelf te laten zien. Deze functie, in combinatie met de nieuwe kaartfunctionaliteit in GHEtool, stelt u in staat om boorvelden gemakkelijker en met meer vertrouwen te ontwerpen!
Referenties
- Bekijk onze video over dit artikel op onze YouTube pagina hier.