3D dynamisch model- leren van aardelucht warmtewisselaars

Steeds meer worden we bewust gemaakt van de energieconsumptie en schadelijke CO2-uitstoot van traditionele airconditioning installaties. Tegelijkertijd neemt de vraag naar een comfortabel en zomers koel binnenklimaat steeds toe. In het licht van deze problematiek zijn aarde-lucht warmtewisselaars (ALWW) een interessante passieve koeltechniek. Door ingegraven buizen op zekere diepte in de bodem te ventileren met buitenlucht wordt door het temperatuurverschil tussen lucht en grond -quasi constante temperatuur op voldoende dieptes zomers koeling en s winters voorverwarming van de ventilatielucht gerealiseerd. In het kader van een thesisonderzoek aan de Universiteit Gent werd een 3D dynamisch model ontwikkeld dat het mogelijk maakt de thermische prestaties van aarde  lucht warmtewisselaars in te schatten. 

Een driedimensionaal model uit gaande van een controlevolume methode werd ontwikkeld. Het model houdt rekening met geleiding tussen buis en grond, convectie in de buis, convectie en geleiding in de bodem en straling en convectie aan het oppervlak. Het stationair model daarentegen gaat uit van een constante temperatuur van de buiswand -gelijk aan de bodemtemperatuur- en van exponentieel temperatuurverloop in de buis.  In de eerste casestudy werd evaluatie gemaakt van een ALWW in een passiefwoning te Heusden. De eengezinswoning is uitgerust met een PE-grond buis met een lengte van 40 m en een diameter van 11 cm die in een kleigrond is aangebracht op een diepte van 1.5 tot 2.5 m. Het ventilatiedebiet bedraagt ongeveer 74 m3/h. Meetdata van temperatuur aan de inlaat en uitlaat van de buis waren ter beschikking van februari tot september 2004. Figuur 1 toont een goede overeenstemming tussen de meetdata en de resultaten uit het dynamisch en het stationair model. De gemeten waarden tonen dat de grondbuis de schommelingen van het buitenklimaat goed dempt: tijdens het tussenseizoen wordt een bijna constante uittredetemperatuur van 10 C waargenomen, in de zomer loopt de temperatuur op tot  17  20 C. Tijdens de koude perioden werd de lucht maximaal 13 C opgewarmd, op warmere dagen was de opwarming beperkt tot 1  2 C.

Auteur(s): M. Steeman

Lees verder in PDF.