Simuleren met modulerende warmtepompen in GHEtool Cloud

Vandaag is er een gloednieuwe functie beschikbaar in GHEtool Cloud: simuleren met modulerende warmtepompen. In plaats van te werken met traditionele constante warmtepomprendementen om de gebouwbelasting om te zetten naar een resulterende grondbelasting, kun je nu een machine of een aantal machines uit onze database selecteren en GHEtool berekent het resulterende rendement voor je.

!Let op
Dit artikel bouwt voort op het onderzoek dat werd gepresenteerd in een eerder artikel, dat je kunt vinden op hier.

Naar een nauwkeuriger boorveldontwerp: een proces in drie stappen

In de zomer van vorig jaar presenteerden we ons stappenplan in drie stappen om de manier waarop geothermische boorvelden worden ontworpen voor altijd te veranderen. Vandaag, met de implementatie van warmtepompen direct in GHEtool, is dit proces voltooid.

Stap 1: de vloeistofeigenschappen variëren

De eerste stap, die vlak voor de zomer van 2025 werd uitgebracht, was het afschaffen van de constante vloeistofeigenschappen die traditioneel worden gebruikt bij het ontwerpen van boorvelden. In GHEtool Cloud worden de vloeistofeigenschappen zoals viscositeit en dichtheid elk uur bijgewerkt, waardoor je een variabel Reynoldsgetal en boorgatweerstand krijgt. Dit was vooral van belang voor de nauwkeurigheid van hoge koelbelastingen. Meer informatie is te vinden in ons artikel over dit onderwerp.

Stap 2: variabele stroomsnelheden

De volgende aanname waar we vorige maand vanaf zijn gestapt was die van een constant debiet. In werkelijkheid hebben de meeste boorvelden een variërend debiet omdat de warmtepomp de pompsnelheid regelt om een bepaald temperatuurverschil over de verdamper te bereiken. Hoewel deze verandering niet noodzakelijkerwijs van invloed is op het ontwerp van jullie systemen omdat het maximale debiet onveranderd blijft, voorspelt het de vloeistoftemperaturen in de tussenseizoenen beter en maakt het de weg vrij voor onze derde stap.

Je kunt meer lezen over variabele stroomsnelheden hier.

Stap 3: modulerende warmtepompen

Als je boorvelden ontwerpt, heb je meestal een gebouwbelasting die je op de een of andere manier moet omzetten naar een grondbelasting (dat wil zeggen, onttrekken en injecteren van warmte). Dit wordt traditioneel gedaan door een SCOP waarde te gebruiken die je kunt vinden in de technische informatiebladen. Er zijn echter een paar problemen met deze aanname.

1. Door de SCOP te gebruiken om de piekvermogenverwarming om te zetten naar een afzuigpiekvermogen, overschat u het piekvermogen, aangezien de COP tijdens piekomstandigheden doorgaans lager is dan de SCOP. Dit kan leiden tot een te groot boorveld.

!Let op
De SCOP is een maat voor het seizoensrendement van een warmtepomp, terwijl de COP een maat is voor het momentane rendement. Als je niet bekend bent met het rendement van warmtepompen, lees dan ons artikel over dit onderwerp.

2. Door een SCOP op B0/W35 te gebruiken om de verwarmings- en warmwatervraag om te zetten naar een grondbelasting, ga je ervan uit dat de bodemtemperatuur 0°C is. In de meeste ontwerpen gebeurt dit echter pas na een paar jaar, als het al gebeurt, wat betekent dat de gemiddelde temperatuur hoger is. Dit geeft een hogere SCOP, dus het gebruik van een B0/W35-waarde is een onderschatting van het rendement en dus van de onbalans, wat kan resulteren in een te lage dimensionering (zie bijvoorbeeld ons artikel over hoe omgaan met onbalans).

3. Het rendement van een warmtepomp is afhankelijk van de bodemtemperatuur en zal dus veranderen afhankelijk van het ontwerp. Maar omdat de SCOP meestal een ingang is in plaats van een uitgang van een boorveldontwerp, verandert de SCOP niet als het ontwerp verandert. Dit is nogal contra-intuïtief.

Het mag duidelijk zijn dat er nogal wat uitdagingen en onzekerheden zijn wanneer je alleen een SCOP gebruikt voor het ontwerpen van boorvelden. Daarom kunt u vanaf vandaag uw machines rechtstreeks in GHEtool selecteren.

Warmtepompen in GHEtool Cloud

Het werken met temperatuur- en deellastafhankelijke rendementsgegevens is niet triviaal, omdat deze informatie niet beschikbaar is in technische informatiebladen. Daarom werken we rechtstreeks samen met warmtepompfabrikanten om zeer gedetailleerde meetgegevens te verkrijgen en een digitale tweeling van hun machines te maken. Deze digitale tweeling is nu beschikbaar in de tool, zodat wanneer je met een gebouwbelasting per uur werkt, de optie verschijnt om een of meerdere modulerende warmtepompen uit onze warmtepompendatabase te selecteren.

!Let op
Op dit moment zijn vier machines van Enrad zijn beschikbaar in de tool en andere machines en fabrikanten zullen in de komende maanden worden toegevoegd.

!Let op
Op dit moment is het werken met modulerende warmtepompen alleen mogelijk als je een uurbelasting hebt, omdat we alleen met deze resolutie de vloeistoftemperaturen en het rendement nauwkeurig kunnen berekenen. Als je echter niet over deze informatie beschikt, kun je direct in GHEtool een uurbelasting genereren, zoals wordt uitgelegd hier.

Cascaderende warmtepompen

Een extra niveau van complexiteit is hoe je meerdere warmtepompen die samenwerken modelleert. In plaats van één machine van 100 kW die kan moduleren tussen 30 en 100 kW, kun je bijvoorbeeld ook werken met twee machines van 50 kW die kunnen moduleren tussen 15 en 50 kW. Met deze laatste optie is het totale modulatiebereik 15 tot 100 kW, waardoor je meer flexibiliteit hebt dan wanneer je met één machine werkt.

Dit betekent dat we een aantal cascadeprincipes nodig hebben om te bepalen wanneer elke warmtepomp wordt ingeschakeld. In GHEtool is de filosofie dat voor elk vermogensniveau het maximale aantal warmtepompen werkt om de gemiddelde modulatiegraad en de WAIR zo laag mogelijk te houden en tegelijkertijd de nauwkeurigheid te verbeteren.

Om dit te illustreren, stel je hebt twee machines van 50 kW en er wordt 30 kW gevraagd. Dit kan worden bereikt door één machine op 30 kW te laten draaien of door beide machines op 15 kW te laten draaien. In GHEtool wordt altijd de tweede optie geselecteerd. Voor vermogens lager dan 30 kW is slechts één machine actief.

Simuleren met een modulerende warmtepomp

Om de extra inzichten te illustreren die je kunt krijgen door direct met een digitale twin van een warmtepomp te werken, zijn verschillende scenario's gesimuleerd in GHEtool.

Basislijn

Om het belang van het werken met modulerende warmtepompen te illustreren, simuleerden we een geothermisch systeem met een piekverwarmingsvraag van 100 kW en 200 MWh per jaar, en 40 kW in koeling met 40 MWh per jaar, met een HP500-warmtepomp van Enrad met een nominale capaciteit van 111 kW. Als eerste stap hebben we de officiële SCOP B0/W35 van 3,41 opgezocht en ons boorveld met deze waarde gesimuleerd. Het temperatuurprofiel, dat als baseline case zal dienen, staat hieronder.

De minimale gemiddelde vloeistoftemperatuur is -0,41°C en is net iets lager dan onze ontwerplimiet van 0°C.

Enkele warmtepomp

Laten we ter vergelijking nu de HP500 warmtepomp rechtstreeks uit de lijst selecteren en ons boorveld ermee simuleren. Het nieuwe temperatuurprofiel wordt hieronder weergegeven.

Eén ding is meteen duidelijk: de temperatuur daalt verder naar -1,47°C. Dit komt omdat onze berekende SCOP in dit geval niet de officiële 3,41 is maar 4,62, een stijging van 35%. Dit heeft natuurlijk ook een invloed op de onbalans, die toenam van 99 MWh per jaar naar 115 MWh per jaar netto winning, wat uiteindelijk tot lagere temperaturen leidt. De invloed van de dalende temperatuurtrend op het rendement van de warmtepomp is ook duidelijk zichtbaar in onderstaande grafiek.

Met de dalende temperaturen neemt ook de capaciteit van de warmtepomp af. In dit geval is de warmtepomp niet in staat om volledig te voldoen aan de vraag van het gebouw in het laatste jaar, aangezien hij bij -1,47°C slechts ongeveer 93 kW kan leveren. In GHEtool wordt dit weergegeven als een “vermogenstekort”.

!Let op
In dit geval is dat niet echt een probleem, omdat de ontbrekende 7 kW slechts gedurende één uur van de simulatieperiode optreedt. Omdat je nu echter beperkt bent tot de maximale capaciteit van een machine, kan het gebeuren dat je de eerste keer dat je deze methode probeert, ontdekt dat je warmtepompselectie aanzienlijk te klein of misschien te conservatief is.

Twee warmtepompen in cascade

De bovenstaande simulatie werd uitgevoerd met één HP500 warmtepomp van 111 kW, wat voldoende leek, maar misschien iets aan de kleine kant. In deze tweede variatie hebben we daarom twee kleinere HP300-machines geselecteerd, elk met een nominaal vermogen van 60 kW, wat een totaal beschikbaar vermogen geeft van 120 kW, wat iets hoger is dan in ons vorige geval. Wanneer we ons boorveld met deze machines simuleren, ziet de rendementscurve er als volgt uit.

We zien nog steeds deze neerwaartse trend, maar het totale rendement van het systeem is nu 4,9 in plaats van 4,62 met onze enkele warmtepomp, een stijging van 6% in rendement. Onze temperaturen zijn echter, opnieuw door het hogere rendement, iets lager en bereiken nu -2,05°C.

Dieper boorveld

Als derde variatie gaan we ons boorveldontwerp wijzigen om boven onze minimumdrempel van 0°C te blijven. In plaats van te werken met 20 boorgaten van 150 m, gaan we dit veranderen in 10 boorgaten van 300 m, waardoor we een aanzienlijk hogere ongestoorde bodemtemperatuur krijgen. Met dezelfde twee geselecteerde HP300-machines wordt het temperatuurprofiel hieronder weergegeven.

Zoals je kunt zien, zijn de gemiddelde vloeistoftemperaturen nu veel hoger, tot het punt dat het boorveld eigenlijk te groot is, met een minimum van 3,16°C. Deze hogere temperatuur is ook gunstig voor het rendement van de warmtepomp, die nu een gemiddelde SCOP heeft van 5,39 over de hele simulatieperiode. Door ons ontwerp te veranderen, is ons rendement dus met 10% gestegen ten opzichte van het laatste scenario.

Wat is het volgende?

Hoewel vandaag het einde markeert van ons driestappenproces om GHEtool aanzienlijk nauwkeuriger te maken voor het ontwerp van ondiepe geothermische boorvelden anno 2026, is dit niet het einde van de weg. Er zijn nog veel meer nauwkeurigheidsverbeteringen gepland in het algemeen, maar met betrekking tot modulerende warmtepompen worden de volgende stappen al genomen.

• Zoals gezegd is het werken met modulerende warmtepompen op dit moment alleen mogelijk als je een belastingsprofiel per uur hebt, omdat het model het vermogen op elk uur moet weten om het respectieve rendement en de bijbehorende grondbelasting te berekenen. We onderzoeken of dit kan worden uitgebreid naar het werken met zuiver maandelijkse belastingen. In de tussentijd kun je de ingebouwde functie van GHEtool gebruiken om een belastingsprofiel per uur genereren jezelf.

• Op dit moment zijn modulerende warmtepompen niet compatibel met de optimalisatiemethoden voor vermogen, energie en balans, omdat ze een andere strategie volgen. Aan de ene kant heb je optimalisatiemethoden die het benodigde vermogen van je aardwarmtepomp voor je bepalen en aan de andere kant, als je met modulerende warmtepompen werkt, selecteer je je machines direct. We werken aan een verbeterde methode waarbij je een aantal machines kunt selecteren en een algoritme zal bepalen welke of welke combinatie van machines je nodig hebt.

• Een ander belangrijk aspect is de condensortemperatuur. Op dit moment wordt verwarming altijd geleverd bij 35°C en sanitair warm water bij 55°C, maar er zijn natuurlijk ook projecten waarbij 45°C nodig is voor verwarming of waarbij deze emissietemperatuur varieert in de tijd. Dit zal in een volgende update worden geïmplementeerd, zodat jij, onze gebruiker, nog preciezer kunt ontwerpen.

Naast deze modelverbeteringen zijn we in gesprek met meerdere fabrikanten om hun machines ook in GHEtool te implementeren. Als u zelf een fabrikant bent, neem dan contact met ons op via info@ghetool.eu.

Conclusie

In dit artikel introduceerden we de nieuwe, baanbrekende mogelijkheid om direct in GHEtool Cloud met modulerende warmtepompen te werken. Hierdoor krijg je niet alleen meer inzicht in het werkelijke rendement van je systeem, in het bovenstaande voorbeeld werd een verbetering van 58% ten opzichte van de officiële SCOP gegevens bereikt, maar kun je ook het effect zien van ontwerpvariaties op de systeemprestaties, zoals de boordiepte of het aantal machines.

Met deze implementatie is de laatste hoeksteen van onze drie baanbrekende functies, variabele vloeistofeigenschappen, modulerende debieten en modulerende warmtepompen, voltooid. Dit was echter slechts het kader voor verdere innovaties. Schrijf je in op onze nieuwsbrief als je niets wilt missen, of probeer GHEtool vandaag nog.

Referenties

• Bekijk onze video over dit artikel op onze YouTube pagina hier.
• Peere, W. (2025). Integratie van temperatuur- en deellastafhankelijke COP in ondiep geothermisch boorveld Design. In Resultaten van het Duitse geothermische congres DGK 2025. Frankfurt (Duitsland), 18-20 november 2025.
• Klik voor meer informatie over de modulerende warmtepompen van Enrad op hier.