In februari van dit jaar werd de warmtepompmodule in GHEtool Cloud gelanceerd. Deze maand is de eerste grote update uitgebracht, waarmee je de mogelijkheid krijgt om je eigen warmtepomp te definiëren en de afgiftetemperatuur naar het gebouw te specificeren.
Warmtepompen in GHEtool
Bij het ontwerpen van ondiepe geothermische boorvelden is het belangrijk om de werkelijke injectie- en extractiebelasting in en uit het boorveld te kennen. In het verleden werd dit berekend door enerzijds rekening te houden met de belasting van het gebouw en anderzijds uit te gaan van een constant seizoensrendement (of SCOP) voor uw warmtepomp om dit om te rekenen naar een grondbelasting. Zoals we eind vorig jaar in ons artikel hebben aangegeven (dat u kunt vinden hier), dit leidt tot drie problemen:
- Uw seizoensgebonden rendement wordt doorgaans onderschat, aangezien de gemiddelde vloeistoftemperatuur hoger is dan de ‘B0’-waarde die in de technische specificaties wordt vermeld.
- Het piekvermogen op het boorveld wordt overschat, aangezien het seizoensrendement doorgaans hoger is dan het momentane rendement.
- Je efficiëntie is, aangezien het een invoerparameter is, onafhankelijk van je ontwerp, wat in tegenspraak is met de werkelijkheid.
Om deze drie redenen hebben we de warmtepompmodule in GHEtool Cloud uitgebracht (lees het artikel hier) afgelopen februari. Door samen te werken met fabrikanten van warmtepompen zijn we erin geslaagd gedetailleerde digitale tweelingen van hun machines te maken, die kunnen worden gebruikt om het boorveld te simuleren. Dit levert niet alleen nauwkeurigere resultaten op, maar ook een realistischer beeld van de daadwerkelijke prestaties van uw systeem.
Hoewel deze wijziging erg in de smaak is gevallen, was de belangrijkste feedback die we hebben ontvangen het verzoek om een optie waarmee je je eigen warmtepompen kunt definiëren, en dat is precies wat we vandaag lanceren.
Rendement van een warmtepomp
Om inzicht te krijgen in de modellering van de door de gebruiker gedefinieerde warmtepompen in GHEtool, is het belangrijk om de theoretische efficiëntie van de warmtepomp te begrijpen: de Carnot-efficiëntie. Dit wordt eerst besproken, waarna het vereenvoudigde warmtepompmodel wordt toegelicht.
Carnot-rendement
Het onderdeel $T_H-T_L$ van de vergelijking wordt ook wel de ‘temperatuurstijging’ genoemd, aangezien het letterlijk het temperatuurverschil is tussen de koude en de warme kant van de warmtepomp, en het speelt een centrale rol in het totale rendement van uw installatie. Hoe hoger deze temperatuurverschil, hoe lager de totale efficiëntie zal zijn.
Let op!
Dit is precies de reden waarom verwarmingssystemen met een lage uitstroomtemperatuur, zoals vloerverwarming, zo goed samengaan met een warmtepomp. Vanwege hun lage temperatuurvereisten (vaak 35 °C of zelfs lager) is de temperatuurstijging vrij minimaal, wat leidt tot een zeer hoog rendement in vergelijking met systemen met een afgiftetemperatuur van 55 °C, zoals bijvoorbeeld sommige radiatoren.
Elke warmtepomp – of het nu gaat om een grond- of luchtwarmtepomp, met variabel toerental of vast toerental – heeft hetzelfde onderliggende maximale rendement; daarom vormt dit de basis van ons vereenvoudigde warmtepompmodel.
Vereenvoudigd model
De kern van het vereenvoudigde warmtepompmodel is dat voor elke combinatie van verdamper- en condensatortemperatuur het theoretische maximale rendement bekend is aan de hand van de hierboven besproken formule. We hebben echter een manier nodig om dit om te rekenen naar het werkelijke rendement, wat gebeurt met behulp van een kwadratische correctiefactor.
Aan de hand van ten minste drie punten (hoewel meer punten de schatting nauwkeuriger maken) kan het verschil tussen het theoretische en het werkelijke rendement worden gekwantificeerd, zoals hieronder wordt weergegeven.
In de bovenstaande afbeelding worden de verwachte rendementen weergegeven als rode stippen (voor het werkelijke rendement, zoals vermeld in het gegevensblad van uw warmtepomp) en oranje driehoekjes, die het theoretische rendement aangeven. Als u het eerste door het laatste deelt, kunt u een kwadratische correlatie afleiden, waarmee u het verschil tussen de theoretische, altijd bekende efficiëntie en de werkelijke efficiëntie kwantificeert.
Let op!
Dit vereenvoudigde model werkt alleen voor warmtepompen met een vast toerental die niet moduleren. Om het gedrag bij deellast nauwkeurig te modelleren, zijn aanzienlijk meer gegevenspunten nodig, waardoor het model onhaalbaar is. We blijven werken aan de ontwikkeling van een soortgelijk, vereenvoudigd model voor ook modulerende warmtepompen.
Je eigen warmtepomp definiëren in GHEtool Cloud
In GHEtool, op het tabblad ‘warmtebehoefte’, kunt u een warmtepomp uit onze database selecteren. Voorheen waren deze allemaal vooraf gedefinieerd, maar nu is het mogelijk om uw eigen warmtepompen aan te maken.
Let op!
Het is alleen mogelijk om rechtstreeks met een warmtepomp te werken wanneer er gebruik wordt gemaakt van een uurbelastingsprofiel. Als dit niet beschikbaar is, kan er binnen GHEtool een geschat belastingsprofiel worden opgesteld, zoals besproken hier.!Let op
Alle warmtepompen die u in GHEtool definieert, zijn ook beschikbaar in uw andere projecten, waardoor u behoorlijk wat tijd bespaart omdat u de machines niet opnieuw hoeft te definiëren.
Wanneer u een zelfgedefinieerde warmtepomp toevoegt (of bewerkt), moet u altijd de volgende gegevens invullen (zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding).
- De naam waaronder uw warmtepomp in het rapport en de andere projecten wordt weergegeven.
- Het minimale temperatuurverschil tussen de verdamper en de condensor, dat per warmtepomp kan verschillen.
- De minimum- en maximumtemperaturen van de condensor, om het werkingsbereik van uw machine te bepalen.
- Het temperatuurverschil tussen de inlaat en de uitlaat van zowel de verdamper als de condensor. Dit is nodig omdat het rendement van warmtepompen vaak wordt gedefinieerd als Bx/Wy, waarbij x wordt gedefinieerd als de verdamper inlaat temperatuur en y als condensor outlet temperatuur. Om met de gemiddelde vloeistoftemperaturen te kunnen werken, moet het temperatuurverschil bekend zijn.
Naast deze algemene informatie moeten ten minste drie verschillende, unieke bedrijfsomstandigheden worden opgegeven. Voor elke omstandigheid moeten de inlaattemperatuur van de verdamper, de uitlaattemperatuur van de condensor, het rendement en het beschikbare vermogen worden vermeld. Aan de hand van deze gegevens kan de correlatie worden vastgesteld.
!Let op
Wanneer uw warmtepomp ook voor actieve koeling wordt gebruikt, hoeft u deze gegevens niet apart in te voeren, aangezien zowel het rendement bij verwarming (COP) als het rendement bij koeling (EER) thermodynamisch met elkaar verband houden. Daarom levert het definiëren van de warmtepomp op basis van uitsluitend de waarden tijdens de verwarmingsmodus voldoende informatie op om ook de actieve koeling te dekken.
Invloed van de emissietemperatuur
Om het effect van de uitblaastemperatuur op het rendement van de warmtepomp te illustreren, bekijken we de volgende simulatie met onze zelfgedefinieerde warmtepomp en een uitblaastemperatuur van 35 °C.
Hier bedraagt de gemiddelde SCOP over een simulatieperiode van 20 jaar 4,66. Wanneer de uitlaattemperatuur wordt verhoogd tot 45 °C, verandert de grafiek en daalt het totale rendement tot 4,15. Dit komt simpelweg doordat het rendement afneemt bij een hogere uitlaattemperatuur, wat het belang illustreert van een zo laag mogelijke uitlaattemperatuur.
!Let op
Wanneer u uw warmtepomp gebruikt voor actieve koeling, is de kans groot dat u uiteindelijk een gelijkblijvend en constant rendement krijgt, zelfs als er sprake is van een door afvoer gedomineerde onbalans. Dit kan worden veroorzaakt door de minimale condensatortemperatuur en/of de minimale drukverhoging. Als u bijvoorbeeld een warmtepomp hebt met een minimale condensatortemperatuur van 25 °C en de vloeistoftemperatuur daalt onder deze 25 °C, leidt dit niet tot een toename van de koelrendement, aangezien de warmtepomp toch 25 °C blijft produceren.
Wat is het volgende?
Deze update was de eerste grote update van de warmtepompmodule in GHEtool, maar het is zeker niet de laatste. Hieronder staan twee toekomstige updates waaraan we al bezig zijn.
- Zoals gezegd werkt het huidige vereenvoudigde model alleen met warmtepompen met een vast toerental. We doen onderzoek naar een soortgelijk model waarmee ook warmtepompen bij deellast kunnen worden gemodelleerd, zonder dat de complexiteit toeneemt.
- Momenteel is de afgiftetemperatuur aan het gebouw constant; in de praktijk is deze temperatuur echter vaak afhankelijk van de buitentemperatuur: een verwarmingscurve. In een toekomstige update zal dit worden geïmplementeerd, waardoor het werkelijke rendement van de aardwarmtepomp verder wordt verbeterd.
Conclusie
In dit artikel wordt de nieuwste update van de warmtepompmodule in GHEtool Cloud beschreven. Vanaf nu is het mogelijk om een eigen warmtepomp met vast toerental te definiëren en de uitlaattemperatuur voor verwarming, sanitair warm water en actieve koeling in te stellen.
In de toekomst zal deze module verder worden uitgebreid met een optie voor verwarmingscurves, evenals een uitbreiding van het huidige vereenvoudigde model om rekening te houden met modulerende warmtepompen.
Referenties
- Bekijk onze video over dit artikel op onze YouTube pagina hier.