Temperatuurgrafieken vormen de kern van een goed boorveldontwerp. Deze plot vertelt je alles wat je moet weten over je ontwerp, maar heeft ook enkele beperkingen. In dit artikel wordt de interpretatie achter die temperatuurplots uitgelegd (interpretatie plots) en ook enkele effecten die niet zijn meegenomen worden besproken (niet inbegrepen).
Interpretatie van temperatuurgrafieken
Binnen GHEtool Cloud zijn twee resolutietypen voor temperatuurprofielen mogelijk: maandprofielen en uurprofielen.
Let op
In dit artikel wordt de terminologie ‘gebouwbelasting’ gebruikt, d.w.z. ‘verwarming’ en ‘koeling’. Als je rechtstreeks met een geothermische belasting werkt in het tabblad Thermische vraag, wordt de terminologie ‘extractie’ en ‘injectie’.
Maandelijks temperatuurprofiel
In dit gedeelte bespreken we enkele inzichten die je kunt krijgen door een maandelijks temperatuurprofiel te bekijken en te bestuderen.
Als je naar de bovenstaande figuur kijkt, zie je dat we 3 verschillende lijnen op de temperatuurgrafiek hebben. De twee stippellijnen zijn respectievelijk de maximaal en minimaal toegestane gemiddelde vloeistoftemperatuur in het geothermische systeem. Deze parameter kun je instellen in het tabblad ‘Aarde’. De andere curven zijn:
- Boorgatwand temperatuur Dit is de temperatuur van de boorgatwand, d.w.z. de grond dicht bij het boorveld. Merk op dat deze lijn vaak onzichtbaar is omdat hij onder de andere lijnen in de grafiek ligt.
Vervolgens zijn er twee temperaturen die verband houden met de piekbelastingen: d.w.z. de maximale hoeveelheid vermogen in zowel verwarming als koeling. Deze hoge pieken leiden tot de meest extreme vloeistoftemperaturen en zijn daarom het meest cruciaal bij het ontwerp van boorvelden.
- Vloeistoftemperatuur piekkoeling Dit is de gemiddelde vloeistoftemperatuur tussen in- en uitlaat die je krijgt tijdens de piek in koeling.
- Vloeistoftemperatuur piekverwarming Dit is de gemiddelde vloeistoftemperatuur tussen in- en uitlaat die je krijgt tijdens de verwarmingspiek.
Uurlijks temperatuurprofiel
Bij een uurlijks temperatuurprofiel zie je minder lijnen op de temperatuurplot. Waar het maandprofiel rekening moest houden met het feit dat elke maand zowel verwarming als koeling kan hebben, heeft een uurprofiel slechts één van de twee. Daarom toont een uurprofiel slechts één lijn voor de vloeistoftemperatuur.
! Opmerking
Strikt genomen zou er zelfs op uurbasis binnen een uur kunnen worden gewisseld tussen warmte-injectie en -extractie. Dit zou echter temperatuursimulaties vereisen met een kleinere belastingresolutie dan per uur, wat overkill is voor een geothermisch ontwerpproces.
De twee stippellijnen zijn respectievelijk de maximaal en minimaal toegestane gemiddelde vloeistoftemperatuur in het geothermische systeem. Deze parameter kun je instellen in het tabblad ‘Aarde’. De andere curven zijn:
- Boorgatwand temperatuur Dit is de temperatuur van de boorgatwand, d.w.z. de grond dicht bij het boorveld. Merk op dat deze lijn vaak onzichtbaar is omdat hij onder de andere lijnen in de grafiek ligt.
- Gemiddelde vloeistoftemperatuur Dit is de gemiddelde vloeistoftemperatuur tussen inlaat en uitlaat voor elk uur in de simulatieperiode.
Welke effecten zijn niet opgenomen in de grafieken?
Hoewel GHEtool Cloud een groot aantal parameters in de verschillende tabbladen vereist om een enkel resultaat te genereren, is het essentieel om op te merken dat bepaalde factoren niet worden meegenomen en speciale aandacht verdienen. Het ontwerp van een geothermisch systeem, met name voor grote projecten, vormt een intrigerende uitdaging die uitgebreide kennis vereist, aangevuld met waardevolle hulpmiddelen zoals GHEtool Cloud.
Dynamisch gedrag
Alle grondmodellen in GHEtool zijn zogenaamd ‘statisch’ of ‘steady-state’. Dit betekent dat de thermische traagheid in de vloeistof en de boorgatgrout wordt verwaarloosd. Elke kilowatt (kW) vermogen die je buiten het boorgat verkrijgt, wordt ogenblikkelijk aan de grond onttrokken, wat natuurlijk niet gebeurt, omdat eerst de vloeistof afkoelt, daarna de grout en na een bepaalde tijd de grond. Deze aanname kan worden gezien als een intrinsieke veiligheidsfunctie bij het ontwerpen van geothermische systemen, omdat de gemiddelde vloeistoftemperaturen die je verkrijgt waarschijnlijk beter zijn dan ze in werkelijkheid zullen zijn wanneer er thermische inertie is.
! Opmerking
GHEtool werkt momenteel samen met de KU Leuven (The SySi Team) aan hoe we dit korte termijn gedrag van het boorveld effectief kunnen modelleren. Zodra het model volledig gevalideerd is, zullen we het voor u implementeren in GHEtool Cloud. U vindt enkele links naar het onderzoek hieronder in de referenties.
Variabel SCOP/SEER
GHEtool Cloud gaat ervan uit dat de geothermische belasting elk jaar constant blijft. Dit betekent ook dat de seizoensgebonden prestatiecoëfficiënt (SCOP) en de seizoensgebonden energie-efficiëntieverhouding (SEER) identiek zijn voor zowel het eerste als het laatste jaar. In het geval van een systeem met een aanzienlijke onbalans is deze aanname echter zeer conservatief.
Beschouw bijvoorbeeld een scenario waarin er een aanhoudende onbalans is waardoor de grond elk jaar geleidelijk afkoelt. In de praktijk zal, naarmate de bodemtemperatuur daalt, de SCOP ook dalen, waardoor er minder warmte aan de bodem wordt onttrokken. Dit werkt de initiële onbalans tegen en compenseert de effecten ervan. Dit wordt weergegeven in de onderstaande figuur. Waarbij de SCOP afneemt gedurende de simulatieperiode, maar op een afnemende manier.
! Opmerking
GHEtool werkt momenteel samen met warmtepompfabrikanten om een gedetailleerder beeld te krijgen van de warmtepompefficiëntie die is geïmplementeerd in GHEtool Cloud. Blijf kijken voor meer updates!
Conclusie
Dit artikel liet zien wat je kunt doen met de temperatuurplots in GHEtool Cloud, maar ook wat je niet kunt doen. Geothermisch ontwerp is een complexe praktijk die training en ervaring vereist. Maar door onze voortdurende ontwikkeling en samenwerking met onderzoeks- en industriepartners willen we u het beste en meest betrouwbare hulpmiddel geven voor het ontwerpen van geothermische systemen.
Wil je op de hoogte blijven van onze laatste ontwikkelingen? Abonneer je dan op onze nieuwsbrief!
Referenties
- Bekijk onze video over dit artikel op onze YouTube pagina hier.
- Meertens, L. (2024). Vermindering van de kapitaalkosten voor geothermische warmtepompsystemen door dynamische Borefield dimensionering. IEA HPT tijdschrift 42(2), https://doi.org/10.23697/9r3w-jm57.
- Meertens, L., Peere, W., Helsen, L. (2024). Invloed van dynamische effecten op korte termijn op de grootte van geothermische boorvelden. In Notulen van de Internationale Vereniging voor Grondwarmtepompen. Montréal (Canada), 28-30 mei 2024.