Download dan direct de PDF of lees eerst het beknopte overzicht.
GEOTABS systemen
Dit artikel handelt over de optimale regeling van warmtepompsystemen gekoppeld aan een boorveld met vertikale warmtesondes, waarbij de focus ligt op het bodemaspect. Het doel van de regeling is om de jaarlijkse energiekosten voor een gegeven warmte- en koudevraagprofiel te minimaliseren. Er wordt rekening gehouden met de invloed van de brontemperatuur op de prestatie van de warmtepomp en van de passieve koeling. Maar ook met de lange termijn impact van thermische onbalans op de brontemperatuur. De resultaten geven een antwoord op de vraag wanneer de warmtepomp, de passieve koeling en het backup systeem kunnen worden gebruikt, en wat de bijhorende optimale evenwichtstemperatuur is van het boorveld.
Het verloop van de fludumtemperatuur aan de uitlaat van een boorveld wordt gekenmerkt door drie dominante tijdsschalen (zie figuur 1). De snelste variaties, met een tijdsschaal van enkele minuten tot dagen, zijn die tengevolge van het aan en uitschakelen van de warmtepomp (WP) en de passieve koeling (PK). Daarna volgen de seizoensvariaties, met een tijdsschaal van een jaar. De traagste temperatuursvariatie, met een tijdsschaal van meerdere jaren, wordt veroorzaakt door een onbalans op jaarbasis tussen de hoeveelheid genjecteerde en onttrokken warmte. Het verloop van de fludumtemperatuur is bij de huidige regeling van GGWPsystemen een natuurlijk gevolg van de werking van het systeem. De regeling schenkt met andere woorden geen expliciete aandacht aan de impact van dit verloop op het systeemrendement op korte, middellange en lange termijn. Bij het ontwerp van een grondgekoppeld warmtepompsysteem (GGWP) wordt wel met dit temperatuursverloop rekening gehouden. In het geval dat het boorveld gedimensioneerd wordt om de volledige warmte en koudevraag te dekken, is de bijhorende regeling van de installatie eenvoudig. Alle warmte wordt door de WP geleverd en alle koeling gebeurt passief. Bij een warmtevraag gedomineerd gebouw zal het boorveld gradueel afkoelen totdat er een thermisch evenwicht ontstaat tussen de netto warmteextractie op jaarbasis, en de netto warmtediffusie naar het boorveld vanuit de omringende bodem. Op analoge wijze zal bij een koeling gedomineerd gebouw het boorveld langzaam opwarmen tot een thermisch evenwicht tussen de netto warmtetoevoer vanuit het gebouw en de netto warmtediffusie naar de omringende bodem is bereikt. De temperatuursdaling van de bodem zorgt voor een daling van het rendement van de warmtepomp (COPWP), een temperatuursstijging voor een daling van het rendement van de passieve koeling (COPPK). In het geval van een HyGGWPsysteem wordt het boorveld gedimensioneerd om slechts een deel van de warmte en/of koudevraag te dekken. Omdat er nu een supplementaire verwarmings en/of koelinstallatie parallel aan de warmtepomp en de passieve koeling beschikbaar zijn/is, dient de regeling een juiste keuze te maken tussen het gebruik van de warmtepomp en de passieve koeling enerzijds, en het supplementaire systeem anderzijds. Dit zowel op de korte, middellange als lange termijn. Hoe ziet de regeling van een (hybride) grondgekoppeld warmtepompsysteem er optimaal uit?
Auteur(s): Dr.ir. S.D. (Clara) Verhelst en prof.dr.ir. L.M.L. (Lieve) Helsen, Katholieke Universiteit Leuven (KU Leuven), Dep. Werktuigkunde, Afd. Toegepaste Mechanica en Energieconversie, Belgi