In situ metingen, zoals met een thermische responsietest (kortweg TRT), zijn een essentieel onderdeel van het ontwerp van geothermische boorvelden. In het artikel van vandaag introduceren we een nieuwe functie waarmee deze TRT's rechtstreeks in GHEtool Cloud kunnen worden geanalyseerd. Dit stroomlijnt uw ontwerpproces en maakt het eenvoudiger dan ooit om boorvelden met vertrouwen te ontwerpen.
Wat is een Thermische Reactietest (TRT)?
Wanneer er geen informatie beschikbaar is over de thermische eigenschappen van de grond voor uw specifieke project, is het een goede gewoonte om deze ter plaatse te meten met een thermische responsietest. Met deze test is het mogelijk om de thermische geleidbaarheid van de grond, de effectieve warmteweerstand van het boorgat en de ongestoorde bodemtemperatuur te berekenen.
Voor deze meting wordt een boorgat gemaakt op dezelfde manier als voor het eigenlijke project (zelfde diameter, diepte, enkele of dubbele U, enzovoort). Na een periode van een paar dagen, wanneer het boorgat weer in thermisch evenwicht is met de omgeving, kan de meting beginnen.
Voor de meting zelf wordt een datalogger samen met een verwarmingselement aangesloten op het boorgat. Na een eerste periode waarin de vloeistof door het boorgat circuleert (om de initiële, ongestoorde bodemtemperatuur te meten), wordt het verwarmingselement ingeschakeld en worden de in- en uitlaattemperaturen van de vloeistof gemeten. Deze meting wordt uitgevoerd over een periode van 48 tot 72 uur (of soms zelfs langer) om voorbij de initiële transiënte effecten te komen.
!Let op
Met een TRT willen we zowel de thermische geleidbaarheid van de grond als de effectieve thermische weerstand van het boorgat meten. Om dit te bereiken is een constante warmteflux door het boorgat naar de grond nodig. In eerste instantie wordt deze warmte echter geabsorbeerd door de thermische inertie van de vloeistof en de grond en pas na tien of meer uur wordt de energie daadwerkelijk naar de grond overgedragen. Dit wordt de transiënte periode genoemd en wordt traditioneel buiten beschouwing gelaten bij het analyseren van de TRT-meting.
Een TRT analyseren in GHEtool Cloud
Hoewel er veel verschillende modellen zijn om een TRT te analyseren, is het meest gebruikte model het oneindige lijnbron (ILS) model, zoals ontwikkeld door Gehlin (2002). Deze methode gaat ervan uit dat het boorgat kan worden voorgesteld als een oneindig lange lijn die interageert met de omringende grond. Dit model is momenteel geïmplementeerd in GHEtool Cloud.
!Let op
Voor meer informatie over de wiskunde van de oneindige lijnbron wordt de lezer verwezen naar dit artikel.
Hieronder worden zowel de algemene instellingen voor het model als de meetgegevens besproken.
Algemene instellingen
Naast de meetgegevens zijn er een paar invoerparameters nodig om de analyse uit te voeren:
- Volumetrische warmtecapaciteit van de grond
Om de thermische geleidbaarheid van de grond te berekenen met een TRT, is een schatting van de volumetrische warmtecapaciteit nodig. Dit kan gedaan worden op basis van de geologie op de projectlocatie en met behulp van tabellen met algemene thermische eigenschappen, zoals die genoemd worden in ons artikel over grondgegevens. - Boordiameter en boorgatlengte
Aangezien het ILS-model de specifieke warmte-injectie gebruikt (dat wil zeggen, de hoeveelheid energie die per lengte-eenheid met de grond wordt uitgewisseld), zijn zowel de boorgatlengte als de boorgatdiameter nodig. - Ongestoorde bodemtemperatuur
Zoals eerder vermeld kan, voordat de eigenlijke TRT meting begint, de vloeistof door het boorgat worden gecirculeerd zonder het verwarmingselement in te schakelen. Hierdoor kan de gebruiker de initiële ongestoorde bodemtemperatuur bepalen, die nodig is voor de analyse van de TRT.
Meetgegevens
Afhankelijk van de datalogger die je gebruikt, kan de verkregen dataset er iets anders uitzien (sommige TRT-machines meten bijvoorbeeld ook het debiet en de drukval door het systeem). De informatie die altijd op de een of andere manier moet worden verstrekt is:
- Tijd
Om de analyse uit te voeren is een tijdreeks (in seconden) nodig. - Stroom
Het is belangrijk om te weten welk (constant) vermogen in de grond wordt geïnjecteerd. Dit vermogen kan handmatig worden ingevoerd als een constante of, indien opgenomen in de gemeten dataset, daaruit worden geëxtraheerd. - Vloeistoftemperatuur
Om te begrijpen hoe het boorgat reageert op het geïnjecteerde vermogen, moet de vloeistoftemperatuur worden gemeten. Dit kan worden gedaan door zowel de inlaat- als de uitlaattemperatuur van de vloeistof op te geven of door direct de gemiddelde temperatuur van de vloeistof te gebruiken.
!Let op
Het is belangrijk dat bij het analyseren van de TRT alleen rekening wordt gehouden met het steady-state gedrag, waarbij de eerste uren van de meting buiten beschouwing worden gelaten. Dit kan worden gedaan door de rijen in het CSV-bestand handmatig te verwijderen of door de ‘start index’ waarde in GHEtool te gebruiken om het punt te specificeren waarop de TRT-metingen worden beschouwd als zijnde in steady state.
Resultaat van de TRT-analyse
De TRT-analyse is vrij eenvoudig en geeft zowel de thermische geleidbaarheid van de grond als de effectieve warmteweerstand van het boorgat. Bovendien worden de meetgegevens en de lineaire regressie weergegeven, zodat je kunt controleren hoe goed het model overeenkomt met de metingen. Als de regressie bijvoorbeeld afwijkt in het eerste deel van de meting, kan dit erop wijzen dat het boorgat niet volledig in steady state was en wordt geadviseerd om de startindex te verhogen (zie vorige paragraaf).
Conclusie
TRT's zijn een cruciaal onderdeel van het ontwerpproces voor ondiepe geothermische boorvelden, vooral wanneer er weinig bekend is over de thermische eigenschappen van de grond of het boorgat. Vanaf vandaag is het mogelijk om de metingen van deze test direct in GHEtool Cloud te analyseren, waardoor u uw ontwerpproces kunt stroomlijnen, tijd kunt besparen en betere boorvelden kunt ontwerpen.
Referenties
- Bekijk onze video over dit artikel op onze YouTube pagina hier.