Ontwerp van boorveld met behulp van optimalisatie

Transcriptie

1 Ontwerp van boorveld met behulp van optimalisatie Workshop: Dynamisch simuleren van GEOTABS-gebouwen Clara Verhelst, Department of Mechanical Engineering K.U.Leuven 1

2 Dimensionering boorveld λ g, c g, R b, T min,t max investerings kost CO 2 - besparing Lange termijn EED boorveld -grootte TRNSYS, EnergyPlus... gebouw vraagprofiel boorveldontwerper boorveld vraagprofiel Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-gebouwen 2

3 Dimensionering boorveld Factoren Bodem: λ g, c g Boorput: R b Vloeistof: T min & T max Vraagprofiel Dimensionering via EED Maandgemiddelde vermogens MWh/maand verwarming MWh/maand koeling Maandelijkse piekvermogens kw piek verwarming + piekduur kw piek koeling + piekduur Boorputlengte Ervaring! Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-gebouwen 3

4 Dimensionering boorveld Gebouwzijde Boorveldzijde jaarprofiel maandgemiddeld vermogen belastingsduurdiagram piekvermogen 4

5 Dimensionering boorveld optimalisatietool als hulpmiddel ervaring vereist investerings kost λ g, c g, R b, T min,t max CO 2 - besparing Lange termijn EED boorveld -grootte TRNSYS, EnergyPlus... gebouw vraagprofiel boorveldontwerper boorveld vraagprofiel Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-gebouwen 5

6 Optimalisatie als hulp bij dimensionering 6

7 Formulering optimalisatie min Warmte- en koudevraag Q Q Q HP PC CH c el 0 COPHP ( Tf ) COPPC ( Tf ) COPCH ( Tamb ) 1year Q Q Q h c bf Q Q HP PC Q Q COP COP PC GB CH Warmtewisseling met boorveld PC 1 Q Fluidumtemperatuur T f f Qbf, Tg, Boorveldtemperatuur T bf f Qbf, Tg, PC Minimaliseer energiekost COP COP HP T T HP f, min f, i f,max bf 1 Q HP T ( 0) Tbf T (1 year) c gas Q GB GB dt 7

8 Thermal power (kw) Resultaat optimalisatie Gegeven boorveldgrootte Tf ( C) Annual mean T g ( C) Time (month) HP and PC basislast Time (month) HP and PC beperkt door T f,min ent f,max Radial distance to borehole (m) geen balans tussen injectie en extractie Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-gebouwen 8

9 Tf ( C) Evaluatie Invloed aantal boorputten reductie aantal boorputten Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-gebouwen 9

10 Vermogen (kw) Vermogen (kw) Evaluatie Invloed van vraagprofiel Time (h) regeling 1 Time (h) regeling 2 Merk op: regeling 1 en 2 realiseren eenzelfde thermisch comfort met ongeveer hetzelfde energiegebruik (kwh koeling, kwh verwarming). Regeling 2 vraagt echter een lager vermogen en compenseert dit met een groter aantal draaiuren. Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-gebouwen 10

11 GEO h (%) GEO c (%) Evaluatie Invloed van vraagprofiel GEO h Q Q HP h dt dt GEO c Q PCdt Q dt c regeling 1 ONTWERP Vermogenprofiel bepaalt boorveldgrootte regeling Number of boreholes Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-gebouwen 11

12 Conclusie Dynamische simulatie met intelligente regeling optimalisatietool als hulpmiddel Intelligent? = vlak vermogenprofiel pieken ervaring vereist investerings kost λ g, R b, T min,t max R CO 2 - besparing Lange termijn EED boorveld -grootte TRNSYS, EnergyPlus... gebouw vraagprofiel boorveldontwerper boorveld vraagprofiel Benodigde boorveldgrootte sterk bepaald door vermogenprofiel Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-gebouwen 12

13 Conclusies (regeling) Regeling boorveld voor HyGCHP met BEO-veld Gebruik zoveel mogelijk boorveld Voor verwarmen (warmtepomp WP) Voor koelen (passief koelen PK) Gebruik van WP en PK enkel beperkt door de grenzen op de fluidumtemperatuur Beperk vermogenpieken in de vraag! Fractie WP en PK niet beperkt door beperking van thermische balans in bodem: Thermal build-up = OK voor koelinggedomineerd gebouw Thermal depletion = OK voor verwarmingsgedomineerd gebouw Ideaal BEO-veld = warmtedissipator Boorputten VER uit mekaar Hoge bodemgeleidbaarheid Hoge grondwaterflux Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-gebouwen 13

14 Fluidumtemperatuur Conclusies (ontwerpprocedure) Vermogenvraagprofiel bepaalt boorveldgrootte T f,max Tijd Dit vermogenprofiel hangt sterk af van de regelstrategie waarmee de dynamische simulatie werd uitgevoerd: integratie van de regeling in de ontwerpfase! T f,min Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-gebouwen 14