Hoe vergelijk je een berekening met Earth Energy Designer (EED) met een berekening met GHEtool Cloud? Beide tools hebben verschillende modellen en gebruiken iets andere importparameters. In dit artikel laten we zien hoe je een EED-project kunt converteren naar een project in GHEtool Cloud en bespreken we de belangrijkste verschillen die je kunt verwachten tussen de twee tools.
Een EED-project importeren
Om je Earth Energy Designer (EED) project in GHEtool Cloud in te voeren, heb je het EED exportbestand nodig. Dit is meestal een tekstbestand met alle invoerparameters en enkele resultaten van een simulatie. In deze sectie gaan we door elke sectie van het exportbestand in volgorde en laten we zien waar je de gegevens in GHEtool kunt invoeren.
Hint
Als je mee wilt volgen, kun je het EED-bestand downloaden hier.
Grond
Na het negeren van de ‘Quick Facts’ (omdat deze niet nodig zijn in GHEtool), komen we bij het onderdeel ontwerpgegevens. Hier vinden we de volgende informatie:
- Warmtegeleidingsvermogen van de grond: 1,76 W/(m-K)
- Bodemwarmtecapaciteit2,41 MJ/(m³-K)
Beide waarden kunnen rechtstreeks in GHEtool Cloud worden ingevoerd, maar zorg ervoor dat de ‘Resolutie gronddata’ is ingesteld op ‘Homogeen’. Aangezien EED niet overweg kan met gelaagde grondgegevens, wordt aangenomen dat alle grondgegevens in het exportbestand homogeen zijn.
- Temperatuur grondoppervlak: 9,5 °C
- Geothermische warmtestroom: 0,08 W/m²
Deze waarden kunnen worden ingevoerd door de ‘Bron van de bodemtemperatuurgegevens’ in te stellen op ‘Aangepast’ en ‘Flux’ te selecteren voor de temperatuurvariatie.
!Let op
Meestal komt de informatie in de EED export uit een selectiedatabase, maar er wordt niet expliciet vermeld welk gegevenspunt is gebruikt. Als je de locatie van het project kent, kun je de database gebruiken om je locatie te selecteren. Voor een nauwkeurige vergelijking raden we je aan de waarden in te voeren zoals hierboven beschreven.
Boorgat
De volgende sectie in de EED-export heeft betrekking op het boorgat. Sommige informatie wordt ingevoerd onder het tabblad ‘Borefield’ in GHEtool Cloud, terwijl andere gegevens worden ingevoerd onder ‘Boorgatweerstand’.
- Configuratie: 9 (“10 : 1 x 10 regel”)
Deze informatie kan worden ingevoerd op het tabblad ‘Borefield’. EED gebruikt een beperkte set voorgedefinieerde boorvelden, die ze exporteren als ‘Configuratie’. Stel in dit geval een rechthoekig boorveld in met 1 boring in de lengterichting en 10 in de breedterichting.
- Diepte boorgat: 123 m
Dit is een belangrijk verschil tussen EED en GHEtool. EED houdt geen rekening met een begraafdiepte, wat betekent dat de diepte van het boorgat en de lengte van het boorgat hetzelfde zijn. In GHEtool Cloud moet de diepte van het boorgat worden ingevoerd als een extra parameter. (Meer informatie is te vinden in dit artikel.)
Let op
Dit kleine verschil resulteert in iets andere resultaten. EED gaat ervan uit dat het grondoppervlak geïsoleerd is, wat betekent dat er geen warmteoverdracht is tussen de omgevingstemperatuur en het boorveld. GHEtool gebruikt een nieuwer wetenschappelijk model waarin dit effect wel wordt meegenomen. Daarom is de diepte van de ondergrond nodig. In dit geval resulteert het gebruik van een begraafdiepte van 0,7 m en een boordiepte van 123 m in een boorgatlengte van 122,3 m, iets minder dan de EED-waarde.
- Afstand tussen boorgaten: 7 m
Aangezien EED geen verschillende afstanden in de lengte- en breedterichting toestaat, moeten beide worden ingesteld op 7 m in GHEtool (hoewel dit voor een lijnconfiguratie niet uitmaakt).
Nu gaan we naar het tabblad ‘Boorgatweerstand’ in GHEtool. Selecteer ‘Berekend’ in het gedeelte ‘Algemeen’.
- Installatie boorgat: Dubbel-U
Een dubbele U-buis wordt ingevoerd in GHEtool door ‘U-buis’ te selecteren als warmtewisselaar en ‘Aantal U-buizen’ in te stellen op 2.
- Diameter boorgat: 140 mm
- Diameter U-pijp: 32 mm
- Dikte U-pijp: 3 mm
- Warmtegeleidingsvermogen van U-buizen: 0,42 W/(m-K)
Deze waarden kunnen rechtstreeks in GHEtool worden ingevoerd.
- Afstand tussen U-buizen: 80 mm
EED gebruikt de schachtafstand om de positie van de buizen in het boorgat te beschrijven. De schachtafstand is de loodrechte afstand tussen de twee benen van de U-pijp. GHEtool gebruikt de afstand van pijp tot boorgat, die de helft is van de schachtafstand. Voer daarom 40 mm in GHEtool in.
- Warmtegeleidingsvermogen van de vulling: 1,5 W/(m-K)
Dit kan worden ingesteld onder ‘Warmtegeleidingsvermogen van de voegmortel’.
- Contactweerstand pijp/vulling: 0 (m-K)/W
GHEtool houdt geen rekening met deze parameter.
!Let op
GHEtool bevat een parameter ‘Pijpruwheid’. EED gaat ervan uit dat alle pijpen glad zijn, dus deze waarde is meestal erg klein.
Als we al deze informatie invoeren, krijgen we het volgende resultaat.
Thermische weerstanden
Dit gedeelte bevat wat meer informatie over de interne berekeningen van EED en is niet van belang voor ons.
Warmtedragende vloeistof
Om de gegevens van de warmtedragende vloeistof van EED in te voeren, blijft u op het tabblad ‘Boorgatweerstand’ en gaat u naar ‘Vloeistofgegevens’. Selecteer ‘Aangepast’.
Let op
Vloeistofparameters zijn temperatuurafhankelijk. In EED zijn de invoerparameters vooraf ingesteld voor specifieke temperaturen. In GHEtool Cloud worden de thermische eigenschappen berekend op basis van uw invoer voor de minimale gemiddelde vloeistoftemperatuurdrempel, die kan afwijken van de EED-waarden. Voor een eerlijke vergelijking gebruikt u ‘Aangepast’ in GHEtool. Voor een realistischer resultaat stelt u het mengsel waterx% handmatig in.
- Thermische geleidbaarheid: 0,47 W/(m-K)
- Specifieke warmtecapaciteit: 3930 J/(Kg-K)
- Dichtheid: 1029 kg/m³
- Viscositeit: 0,0045 kg/(m-s)
Deze parameters kunnen rechtstreeks worden ingesteld.
- Vriespunt: -9 °C
Deze parameter is niet vereist in GHEtool.
- Debiet per boorgat: 0,43 l/s
Dit kan ook rechtstreeks in GHEtool worden ingesteld.
Basis- & piekbelasting
Ga voor de laatste invoerparameters naar het tabblad ‘Warmtevraag’ in GHEtool. Stel ‘Type belasting’ in op ‘Gebouw’.
Basislast
- Jaarlijkse warmwaterbelasting: 0 MWh
In dit specifieke geval is er geen vraag naar warm water voor huishoudelijk gebruik, dus kunnen we ‘Nee’ instellen in GHEtool onder ‘Warm water voor huishoudelijk gebruik toevoegen?.
- Jaarlijkse verwarmingsbelasting (exclusief sanitair water)86,3 MWh
- Jaarlijkse koelbelasting: 30 MWh
Deze waarden zijn niet nodig als we EED willen vergelijken met GHEtool.
!Let op
Als je de resultaten snel wilt vergelijken, kun je het ‘Belastingtype’ instellen op ‘Relatief’ en deze waarden invoeren in het gedeelte Maandbelasting. Voor een eerlijke vergelijking moet u echter de ‘Resolutie van de thermische belasting’ instellen op ‘Maandelijks’ en het ‘Belastingtype’ op ‘Absoluut’ om de piekbelastingen en maandbelastingen per maand rechtstreeks in GHEtool Cloud in te voeren.
- Seizoensgebonden prestatiecoëfficiënt (sanitair water): 3
- Seizoensgebonden prestatiefactor (verwarming): 5
- Seizoensgebonden prestatiefactor (koeling): 1E5
Deze parameters kunnen worden ingesteld in de gegevenssectie van de warmtepomp van GHEtool.
!Let op
Vaak zie je een seizoensgebonden prestatiefactor (koeling) van 1E5 in een EED-export. Dit is een traditionele aanname waarbij passieve (of vrije) koeling wordt beschouwd als een elektriciteitsverbruik van nul. Je kunt deze waarde zonder problemen invoeren in GHEtool, maar we raden aan om een meer realistische waarde van 20-25 te gebruiken.
Piekbelasting
Hier geldt hetzelfde verhaal als bij de basisbelasting. Voor een eerlijke vergelijking moet je alle piekwaarden voor verwarming en koeling handmatig invoeren in het gedeelte Maandbelasting. Als je een snelle vergelijking wilt, selecteer je ‘Relatief’ als het ‘Type belasting’, je kunt gewoon de hoogste piekbelastingwaarde voor zowel verwarming als koeling invoeren, en deze zal over alle maanden worden verdeeld met behulp van een standaardverdeling. Je kunt bijvoorbeeld 55 kW invoeren als piek voor verwarming en 30 kW als piek voor koeling.
Tot slot hoeft de piekduur in GHEtool maar één keer ingevoerd te worden. Stel in het gedeelte ‘Algemeen’ de piekduur in op 36 uur voor verwarmen en 8 uur voor koelen.
!Let op
Als je een boorveld ontwerpt, wordt het altijd beperkt door een specifiek geval - de maand met het hoogste piekvermogen en de hoogste piekduur. Door simpelweg de maximumwaarde in te voeren, kunt u ervoor zorgen dat het resultaat betrouwbaar is, omdat de andere maanden een verwaarloosbare invloed hebben op de uiteindelijke dimensionering.
De uiteindelijke invoer zou er als volgt uit moeten zien.
De laatste waarden in het exportbestand zijn het ‘Aantal simulatiejaren’ en de ‘Eerste bedrijfsmaand’. Beide kunnen worden ingesteld op het tabblad ‘Algemeen’ van GHEtool Cloud, onder ‘Simulatie-instellingen’.
Resultaten
In dit hoofdstuk vergelijken we de resultaten van een GHEtool Cloud-berekening met onze EED-berekening, waarbij we twee belangrijke verschillen benadrukken.
Boorgat effectieve thermische weerstand
Het exportbestand bevat alleen numerieke waarden, maar een kritische parameter is de ‘Effectieve thermische boorgatweerstand’, die voor dit project 0,07675 (m-K)/W is. Dit verschilt van het resultaat verkregen in GHEtool, dat 0,0984 (m-K)/W-28% hoger is. Deze discrepantie komt voort uit de manier waarop de twee tools omgaan met verschillende vloeistofregimes. EED neemt aan dat de overgang van laminaire naar turbulente stroming instantaan plaatsvindt bij Re = 2300, terwijl GHEtool Cloud recentere vloeistofmodellen gebruikt die rekening houden met een overgangszone tussen laminaire en turbulente stroming. Dit leidt tot een nauwkeurigere berekening van de effectieve thermische weerstand van het boorgat, vooral voor Reynoldsgetallen in de buurt van de kritische drempel. In dit geval valt onze waarde van 2408 binnen dat bereik. (Voor meer details over dit onderwerp, zie ons artikel over het artikel over het getal van Reynolds.)
!Let op
Als je dit effect wilt negeren, kun je de thermische boorgatweerstand als constante waarde invoeren op het tabblad ‘Boorgatweerstand’ door ‘Gegevens voor boorgatweerstand’ in te stellen op ‘Gemeten’.
Minimale vloeistoftemperatuur
Hoewel de EED-export geen temperatuurprofiel bevat, kunnen piekwaarden worden gevonden in tabelformaat. Hieruit blijkt dat de laagste temperatuur tijdens piekverwarming in februari optreedt en -1,5°C bedraagt (regel 138 in het bestand). In GHEtool Cloud is de gemiddelde minimumtemperatuur van de vloeistof echter -2,03°C, wat aanzienlijk lager is.
Een deel van dit verschil kan worden toegeschreven aan de variatie in de thermische weerstand van het boorgat. Als we deze factor verwijderen door hem als een constante in te stellen (zie boven), krijgen we een herzien temperatuurprofiel waarbij de minimale gemiddelde vloeistoftemperatuur nu -1,26°C is, wat iets optimistischer is dan EED.
Dit verschil kan ook worden verklaard door aannames met betrekking tot het grondoppervlak. Zoals eerder vermeld, gaat EED ervan uit dat de grond geïsoleerd is, wat betekent dat er geen warmteoverdracht is van de omringende lucht naar de grond. Dit leidt ertoe dat het boorveld thermisch geïsoleerd is van de omgeving. Daarentegen gebruikt GHEtool een nieuwer model dat rekening houdt met warmteoverdracht van de lucht naar de grond, waardoor de onbalans gedeeltelijk wordt gecompenseerd. Hoewel dit effect gemiddeld over een periode van 50 jaar relatief klein is, blijft het merkbaar en resulteert het in iets betere temperatuurprestaties in GHEtool vergeleken met EED.
Conclusie
Dit artikel geeft een gedetailleerde handleiding voor het omzetten van een project van Earth Energy Designer (EED) naar GHEtool. We hebben gemerkt dat GHEtool extra invoerparameters nodig heeft, zoals de diepte van de ondergrond, vanwege de nauwkeuriger berekeningen. Bovendien vereenvoudigt GHEtool het invoerproces voor belastingsgegevens in vergelijking met EED.
Verschillen in de resultaten kunnen worden toegeschreven aan het gebruik van verschillende modellen in beide tools. GHEtool berekent de thermische weerstand van het boorgat nauwkeuriger door het transiënte vloeistofregime mee te nemen. Bovendien gaat EED ervan uit dat het grondoppervlak geïsoleerd is, terwijl GHEtool rekening houdt met de warmteoverdracht tussen de lucht en de grond. Dit resulteert in een iets optimistischer maar toch realistischer koelgedrag op lange termijn in GHEtool.
Referenties
- Bekijk onze video over dit artikel op onze YouTube pagina hier.