Voor een efficiënt boorgatontwerp moet u goed letten op zowel de drukval als het energieverbruik van de pomp. In dit artikel gaan we in op de nieuwste toevoegingen aan GHEtool Cloud om u te helpen bij het hydraulische ontwerp van uw boorgat.
!Let op
Dit artikel bouwt voort op ons artikel over de theorie van drukvalberekeningen. Als je het nog niet hebt gelezen, kun je het hier bekijken hier.
Drukval over het boorgat
Hoewel er veel verschillende manieren zijn waarop boorgaten hydraulisch kunnen worden verbonden, kan de drukval van het hele boorveld eenvoudig worden berekend op basis van één centrale aanname: we willen dat elk boorgat hetzelfde debiet heeft (zodat het dezelfde hoeveelheid energie kan uitwisselen met de grond). Om dit te bereiken, moet je ervoor zorgen dat alle boorgaten in je veld dezelfde drukval ondervinden, zodat de vloeistof geen voorkeurspad met lagere weerstand heeft. Dit betekent dat de drukval van je hele systeem wordt bepaald door het boorgat met de hoogste drukval en dat alle andere boorgaten worden gekalibreerd om dezelfde drukval te hebben, zodat het debiet door alle boorgaten gelijk blijft. Dit wordt een hydraulisch gebalanceerd systeem.
De totale drukval over dit worst-case boorgat kan worden berekend als de som van de drukval over de verticaal deel van het boorgat zelf en de drukval van het boorgat naar de centrale boorveldcollector, d.w.z. de horizontale drukval.
Horizontale drukval
Er zijn veel verschillende manieren waarop boorgaten hydraulisch kunnen worden verbonden: ze kunnen in serie of parallel worden verbonden (bekijk ons artikel over dit onderwerp hier), er kunnen verschillende horizontale pijpdiameters worden gebruikt, er kunnen meerdere subcollectoren worden geïmplementeerd, of combinaties van al het bovenstaande. Elk van deze systemen heeft een andere hydraulische karakteristiek en verdient een eigen artikel. De meeste systemen kunnen echter worden gemodelleerd als boorgaten die afzonderlijk (of in een seriegroep) zijn aangesloten op een centrale boorveldcollector.
Blijf op de hoogte
Op dit moment is het nog niet mogelijk om parallelle hydraulische verbindingen te modelleren, waarbij meerdere boorgaten parallel zijn aangesloten op één horizontale leiding in een direct retoursysteem of omgekeerd retoursysteem (bijv. Tichelmann). Dit komt doordat de afstand tussen parallel aangesloten boorgaten ook in aanmerking moet worden genomen, omdat het debiet niet door elk deel van het horizontale circuit hetzelfde is. Deze functie zal in een latere update worden toegevoegd - blijf op de hoogte!
De afbeelding hieronder toont een voorbeeld van een boorveld met 14 boorgaten. Het boorgat met de langste horizontale verbinding is linksonder. De drukval voor dit boorgat bepaalt dus de drukval over het hele boorveld.
Voorbeeld met GHEtool Cloud
Om het hydraulisch gedrag van je boorgat te berekenen, moet je een dynamisch berekende thermische boorgatweerstand gebruiken (zie het tabblad ‘Thermische weerstand’). Als je dat doet, kun je onder het tabblad ‘Algemeen’ de optie selecteren om de drukval en de pompenergie te berekenen.
Laten we nu het bovenstaande voorbeeld verder specificeren. Laten we uitgaan van een water-MPG mengsel met 25% MPG en een debiet van 0,3 l/s. De boorgaten zijn 150 m diep, met een dubbele DN32 U-buiswarmtewisselaar. De horizontale aansluitingen zijn gemaakt met een iets grotere DN40 diameter om verliezen te beperken.
Laten we het debiet van 4,2 l/s voor het hele boorgat invoeren in het gedeelte ‘Vloeistofgegevens’ onder het tabblad ‘Thermische weerstand’.
Veronderstel dat alle parallelle
Als we aannemen dat alle boorgaten afzonderlijk zijn aangesloten op de hoofdcollector, kunnen we de seriefactor instellen op 1. De resultaten van deze simulatie zijn hieronder te zien.
Je kunt twee grote sprongen zien, die de overgang tussen laminaire en turbulente stroming aangeven (zoals uitgelegd in ons vorige artikel).
De eerste, kleinere sprong, is de overgang van de horizontale pijp van laminaire naar turbulente stroming. Dit gebeurt omdat een DN40-pijp, gebruikt voor de horizontale verbinding, sneller overgaat in turbulentie (of de transiënte zone) dan de dubbele DN32-pijp in het boorgat. De tweede sprong, die optreedt bij een stroomsnelheid van ongeveer 7 l/s, markeert het punt waarop het hele boorgat ook turbulent wordt.
De numerieke resultaten voor dit geval zijn als volgt:
- Drukval over één boorgat : 17,37 kPa
- Drukval van het boorveld21,04 kPa
- Debiet door het boorgat: 4,2 l/s
- Benodigd pompvermogen: 88,367 W
- Geschatte pompenergie220,98 kWh/jaar
Je kunt zien dat de drukval van het gehele boorgat iets hoger is dan die van een enkel boorgat vanwege de horizontale leidingen. Beide zijn berekend op het ontwerpdebiet van 4,2 l/s voor het gehele boorgat. Op dit ontwerppunt moet de pomp 88 W leveren om het systeem te laten functioneren zoals bedoeld en zal het ongeveer 220 kWh/jaar aan elektriciteit verbruiken.
Per twee in serie
Om het thermisch gedrag te verbeteren, kunnen we ervoor kiezen om boorgaten in serie met elkaar te verbinden. Als we ze in groepen van twee aansluiten, verdubbelt het debiet door elk boorgat, waardoor de thermische weerstand van het boorgat afneemt. De drukval en het vereiste pompvermogen nemen echter drastisch toe, zoals te zien is in de onderstaande figuur.
De bovenstaande figuur laat zien dat het hele systeem nu turbulent is, wat leidt tot de volgende numerieke resultaten op het ontwerppunt:
- Drukval over één boorgat 67,18 kPa
- Drukval van het boorveld86,65 kPa
- Debiet door het boorgat: 4,2 l/s
- Benodigd pompvermogen: 363,922 W
- Geschatte pompenergie861,55 kWh/jaar
Door de zeer turbulente aard van de horizontale leidingen is de drukval van het boorveld nu aanzienlijk hoger dan in het boorgat zelf. Als laatste stap kunnen we de pijpdiameter van het horizontale leidingwerk vergroten tot DN50 om de verliezen in dit deel van het systeem te beperken.
DN50 voor horizontale aansluitingen
Als we hetzelfde thermische gedrag willen bereiken en tegelijkertijd het energieverbruik van de pomp willen verlagen, kunnen we de diameter van de horizontale leidingen vergroten, waardoor de drukval van het boorveld dichter bij die van het boorgat zelf komt te liggen. De resultaten worden hieronder getoond.
- Drukval over één boorgat 67,18 kPa
- Drukval van het boorveld73,98 kPa
- Debiet door het boorgat: 4,2 l/s
- Benodigd pompvermogen: 310,735 W
- Geschatte pompenergie735,64 kWh/jaar
De drukval over één boorgat blijft onveranderd, zoals verwacht, maar de verliezen in de horizontale leidingen worden verminderd, waardoor het benodigde pompvermogen daalt van 363 W naar 310 W. Hoewel dit effect in dit voorbeeld klein lijkt, kan het zeer significant zijn in grotere boorvelden, waar de horizontale afstanden vergelijkbaar zijn met de verticale.
Conclusie
In dit artikel hebben we onderzocht hoe GHEtool Cloud kan helpen bij het hydraulische ontwerp van boorvelden. We lieten zien hoe verschillende horizontale leidingdiameters de drukval beïnvloeden en we bespraken de invloed van serieschakelingen op het thermisch gedrag van boorgaten. Met deze nieuwe functie willen we u in staat stellen om nog efficiëntere boorvelden te ontwerpen, zodat de pomp het ontworpen debiet effectief kan leveren.
Referenties
- Bekijk onze video over dit artikel op onze YouTube pagina hier.