Thermisch ontwerp bodemwarmtewisselaar

Achtergrond en aanleiding

Voor het ontwerp van een bodemwarmtewisselaarsysteem wordt de totale lengte bodemwarmtewisselaar als functie van energievraagpatroon en temperatuur-limieten bepaald. Met andere woorden: gegeven een energievraag wordt gekeken hoe groot het bodemwarmtewisselaarsysteem moet zijn zo dat gedurende de levensduur (25 – 50 jaar) bepaalde temperaturen niet onder- of overschreden worden.

Om dit goed uit te rekenen is niet eenvoudig:

In de jaren 80 van de vorige eeuw zijn in Zweden een aantal basismodellen ontwikkeld waarmee de temperatuurrespons van de bodem nauwkeurig berekend kan worden (Superpositie Boorgat Model). Met dit model zijn een aantal functies (G-functies) berekend waarmee meer gebruikersvriendelijke modellen zoals Earth Energy Designer (EED) of (GLHEPRO) zijn ontwikkeld.

Een beperking van deze modellen is, onder andere, dat het energievraagpatroon voor elk jaar vastligt. Bij EED is ook het rendement vast. Wanneer er een bivalent systeem is met een B-factor (met elektrische of gas bijstook) zal – zeker bij grote systemen – de warmte- en koudevraag per jaar kunnen verschillen. Om dergelijkse systemen en het rendement daarvan dynamisch door te rekenen kan een simulatiemodel zoals Trnsys worden toegepast. Voor de bodemwarmtewisselaar wordt dan een module zoals het Superpositie Boorgat Model gebruikt.

Wel moet er rekening mee gehouden worden dat deze modellen niet geschikt zijn voor het uitvoeren van ontwerpberekeningen wanneer er spake is van grondwaterstroming. Indien er met grondwaterstroming rekening gehouden moet worden, moet een model zoals MLU, HST3D of FeFlow worden gebruikt.

Keuzemogelijkheden

Wat betreft ontwerpmethodiek kunnen de volgende keuzes worden gemaakt:

A B C
Ontwerpmethode ISSO73 EED o.g. TRNSYS+

Tabel 1: Mogelijke keuzes ontwerpmethoden.

Hou hier rekening met het principe GIGA (garbage in, garbage out): het ontwerp is zo goed of slecht als de gebruikte invoergegevens, randvoorwaarden en ontwerpdoelen. Met een prima methode kan een slecht ontwerp worden gemaakt terwijl een goede ontwerper ook met minder goede methoden een (zo) goed (mogelijk) ontwerp kan maken.

Sidebar