Sankey-diagrammen zijn ideaal om te visualiseren hoe dingen door een systeem stromen - of het nu gaat om geld, materialen of energie. Daarom hebben we ze standaard toegevoegd als resultaat in elke GHEtool Cloud simulatie. Lees het artikel om meer te weten te komen over de inzichten die u uit deze diagrammen kunt halen.
Wat is een Sankey-diagram?
Sankey-diagrammen werden oorspronkelijk ontwikkeld om de efficiëntie van stoommachines te verklaren. Ze illustreren hoe de inputs van een systeem verbonden zijn met de outputs en kunnen daarom gebruikt worden om interessante dynamieken binnen het systeem te visualiseren. Hoewel ze ontwikkeld zijn in de context van de thermodynamica - waar ze nog steeds veel gebruikt worden - hebben ze sindsdien hun weg gevonden naar de economie, internationale samenwerking en handel, en nu, vanaf vandaag, ook naar de geothermische techniek! Hieronder zie je een schets van een Sankey-diagram voor materiaalgebruik.
Elk Sankey-diagram moet van links naar rechts worden gelezen, van input naar output. In het bovenstaande voorbeeld zijn alle verpakkingsmaterialen inputs in het diagram en kunnen ze worden gescheiden in meerdere stromen: karton, plastic, compost en stortplaats.
!Let op
Het bovenstaande voorbeeld bevat ook een retourstroom van ‘melkflessen’. Dit creëert een cyclus in de grafiek, die meestal wordt vermeden (hoewel het niet strikt verboden is). In GHEtool Cloud zijn alle Sankey-diagrammen Directed Acyclic Graphs (DAG's), wat betekent dat ze strikt in één richting stromen.
Een belangrijk aspect van elk Sankey diagram is dat de totale input altijd gelijk moet zijn aan de totale output. Dit zorgt ervoor dat er geen materiaal, energie of andere hoeveelheid verloren gaat of wordt gecreëerd in het diagram zelf.
Voordat we nader ingaan op hoe deze diagrammen worden weergegeven in GHEtool Cloud, moeten we eerst het concept van Seizoensgebonden Thermische Energieopslag (STES) introduceren.
Seizoensgebonden opslag van thermische energie (STES)
Als we het hebben over ondiepe geothermische boorvelden, bedoelen we het gebruik van de grond als warmtebatterij in plaats van als bron. In tegenstelling tot diepe geothermische toepassingen, waarbij warmte wordt geoogst voor industriële processen, elektriciteitsopwekking of stadsverwarming, worden boorvelden meestal gebruikt in scenario's waarbij er zowel vraag is naar verwarming als naar koeling.
In de zomer wordt warmte opgeslagen in de grond, om later in de winter gebruikt te worden door de grondwarmtepomp (GSHP) om het gebouw te verwarmen. Deze onttrekking koelt de grond af, waardoor deze geschikt wordt voor (passieve) koeling.
In het ideale geval is de energie die de GSHP uit de grond haalt volledig afkomstig van de opgeslagen energie van de zomer. In veel gevallen is er echter een onbalans, wat betekent dat de opgeslagen energie niet voldoende is om aan de volledige verwarmings- (of koelings-) vraag te voldoen. In dergelijke gevallen wordt de grond ook gedeeltelijk als bron gebruikt.
Beide warmtebronnen - de seizoensgebonden thermische energieopslag (STES) en de onbalans - worden afzonderlijk weergegeven in de Sankey-diagrammen.
!Let op
Als je niet bekend bent met het concept van onbalans, kun je hierover lezen in ons artikel hier.
Sankey diagrammen in GHEtool Cloud
Elke berekening in GHEtool Cloud wordt vanaf nu ook gevisualiseerd met een Sankey-diagram. Hoewel het uiterlijk van deze plots kan variëren afhankelijk van het specifieke ontwerp, zal het hoofdkleurenschema altijd hetzelfde blijven. Hieronder ziet u een eerste voorbeeld van een boorveld met een negatieve onbalans.
Elk diagram in GHEtool Cloud bestaat uit vier verschillende kleuren:
- Rood/oranje - staat voor alles wat te maken heeft met de ‘warme kant’ van het systeem, inclusief verwarming en sanitair warm water (SWW).
- Blauw - staat voor alles wat te maken heeft met de ‘koude kant’ van het systeem, zoals koeling.
- Paars - geeft alle interacties met de omgeving aan, die als inputstromen kunnen worden beschouwd. Dit omvat de elektriciteit die nodig is om de warmtepompen te laten werken, evenals de onbalans in de grond, een van de twee inputs voor de GSHP.
- Groen - staat voor de seizoensgebonden thermische energieopslag (STES), de andere ingang voor de GSHP.
Wanneer je een boorveld hebt dat wordt gedomineerd door injectie, is de aard van de onbalans omgekeerd. Dit wordt geïllustreerd in de volgende afbeelding.
In het geval van een positieve onbalans is de onbalans niet langer een bron, maar een sink binnen het totale systeem. Dit betekent dat een deel van het STES-potentieel effectief verloren gaat aan de omgeving. Idealiter wil je een boorveld dat bijna in evenwicht is, zoals weergegeven in de onderstaande figuur. In dit geval is de bijdrage van STES aanzienlijk groter dan de onbalans, wat resulteert in de meest efficiënte oplossing.
Dit Sankey-diagram kan ook worden gebruikt om inzicht te krijgen in de complexere simulaties in GHEtool. Deze worden hieronder getoond.
Meer voorbeelden
In plaats van volledig te vertrouwen op passieve koeling, kun je ook zowel actieve als passieve koeling combineren op je boorveld (lees dit artikel voor meer informatie). Wanneer dit het geval is, wordt de koelvraag verdeeld tussen de passieve en actieve componenten, zoals weergegeven in de onderstaande figuur.
Zowel passieve als actieve koeling vereisen elektriciteit en dragen energie bij aan zowel de STES als de onbalans (aangezien het borefield weer gedomineerd wordt door injectie). Naast een combinatie van actieve en passieve koeling kan men ook kiezen voor een hybride systeem.
Bij het ontwerp van een hybride systeem komt een deel van de verwarming en koeling van uw hybride technologie. Dit wordt weergegeven in de bovenstaande figuur.
!Let op
Vanwege de black-box aard van de optimaliseer belastingsprofiel methoden-waarbij geen aannames worden gemaakt over welke technologieën worden gebruikt- verbruiken deze hybride systemen voor verwarming en/of koeling geen elektriciteit, omdat ze bijvoorbeeld gevoed zouden kunnen worden door afvalwarmte of andere bronnen. In een toekomstige update zal meer specificiteit worden toegevoegd aan deze hybride systemen, zodat het Sankey-diagram gedetailleerder kan zijn en kan worden afgestemd op de specifieke hybride oplossing die u hebt ontworpen.
Tot slot, als laatste voorbeeld, is het mogelijk om alle verschillende opties te combineren in één hoofd Sankey diagram, zoals hieronder getoond.
Conclusie
Dit artikel introduceert een nieuw type resultaat in GHEtool: Sankey diagrammen. Deze stroomdiagrammen geven inzicht in hoe energie wordt overgedragen tussen verschillende delen van het systeem, het belang van seizoensgebonden thermische energieopslag (STES) en hoeveel we afhankelijk zijn van externe bronnen zoals elektriciteit, hybride systemen of de onbalans.
We hopen dat deze extra grafiek, die nu standaard is opgenomen in al uw simulaties, u zal helpen om met vertrouwen boorvelden te ontwerpen!
Referenties
- Bekijk onze video over dit artikel op onze YouTube pagina hier.