Voorbeeld van projectplanning:

Schoolgebouw met beperkte boordiepte

Bij geothermische systemen met ondiepe boorgaten is de beschikbare boordiepte niet de enige factor die de economische efficiëntie en operationele betrouwbaarheid bepaalt. Even belangrijk zijn de hydraulische eigenschappen van de gebruikte geothermische sondes, de boorgatdiameter en het thermische ontwerp van het gehele sondeveld.

Onze opdracht was het ontwerpen van een geothermisch systeem voor een schoolgebouw met een maximaal toegestane boordiepte van 105 meter. De vergelijking omvatte conventionele dubbele U 32-sondes en afzonderlijke geothermische sondes.

Het resultaat toont het optimalisatiepotentieel van een projectspecifiek ontwerp aan. Met separatus kon de vereiste ontwerpbetrouwbaarheid worden bereikt met één boorgat minder.

Bouwvoorschriften voor scholen

Het geplande geothermische systeem moet tegelijkertijd voorzien in een hoge verwarmingsbehoefte en een seizoensgebonden koelbehoefte.

Belangrijke gebouwgegevens:

• maximaal verwarmingsvermogen van 71 kW
• jaarlijkse warmtebehoefte van 120,5 MWh
• maximaal koelvermogen van 27,3 kW
• jaarlijkse koelbehoefte van 6,5 MWh

De maximale boordiepte was beperkt tot 105 meter. Daarom werden de grondsondes gesimuleerd op een diepte van 100 meter per stuk.

Voor beide varianten werden identieke bodemparameters gebruikt. De thermische geleidbaarheid van de ondergrond werd vastgesteld op 2,4 W/mK. Voor het injectiemateriaal werd een thermische geleidbaarheid van 2,0 W/mK aangenomen.

De invloed van nabijgelegen geothermische meetpunten werd gedurende de gehele simulatieperiode van 50 jaar meegenomen.

Vergelijking van de twee sondesystemen

De variant met conventionele dubbele U 32-sondes vereiste 17 boorgaten van elk 100 meter. Met separatus waren 16 boorgaten van elk 100 meter voldoende.

De minimale vloeistoftemperatuur na 50 jaar was voor beide varianten vrijwel identiek:

• gescheiden -1,47 °C
• Dubbele U 32 -1,44 °C

Beide systemen voldoen aan de thermische eisen. Separatus bereikt dit resultaat echter met één boorgat minder.

Bovendien wordt de benodigde boorgatdiameter verkleind van 135 millimeter voor de dubbele U 32-sonde tot 100 millimeter met separatus.

Dat betekent:

• 100 meter minder totale boorlengte
• 35 millimeter kleinere boorgatdiameter
• minder boormateriaal en injectievolume
• Minder inspanning nodig voor aansluiting en distributie.
• vergelijkbare betrouwbaarheid van het ontwerp op lange termijn

Waarom hydrauliek belangrijk is voor korte grondsondes

Bij aardwarmtepompen met diepe infiltratie is de beschikbare leidinglengte vaak voldoende om gunstige stromingsomstandigheden te bereiken, zelfs met conventionele systemen. Bij korte aardwarmtepompvelden kunnen de hydraulische eigenschappen echter een beperkende factor worden.

Voor het schoolgebouw werd een totale doorstroomsnelheid van 16,5 kubieke meter per uur gespecificeerd. Het warmteoverdrachtsmedium bestaat uit een mengsel dat 20 procent monoethyleenglycol bevat.

Onder deze omstandigheden bereikt de dubbele U 32-sonde een Reynoldsgetal van 1905. De stroming blijft daardoor laminair. Bij laminaire stroming is de warmteoverdracht tussen de pekel en de pijpwand lager.

Separatus bereikt een Reynoldsgetal van 2987 bij hetzelfde totale volumestroomdebiet, wat resulteert in turbulente stroming. De menging van de vloeistof verbetert de warmteoverdracht en verhoogt het thermisch rendement van de sonde.

Dit hydraulische voordeel maakt het mogelijk om dezelfde vloeistoftemperatuur op lange termijn te bereiken met minder boormeters.

Minder pekelvolume en eenvoudigere distributie

Naast de lengte en diameter van het boorgat verschilt ook het benodigde vloeistofvolume. Voor het mengsel met 20 procent monoethyleenglycol is voor de separatus-variant circa 448 liter concentraat nodig. Voor de dubbele U 32-variant is dit circa 734 liter.

Het kleinere systeemvolume vermindert de materiaalbehoefte en vereenvoudigt het vullen van het systeem. Tegelijkertijd verlaagt het kleinere aantal sensoren de complexiteit van de verbindingsleidingen en het distributiesysteem.

Deze factoren hebben directe invloed op de investeringskosten en de praktische uitvoering.

Dezelfde ontwerpbetrouwbaarheid met één boorgat minder.

Dit projectvoorbeeld laat zien dat het aantal boorgaten op zich niet bepalend is voor de prestaties van een geothermisch systeem.

Een geoptimaliseerde combinatie van sonde, hydrauliek, boorgatdiameter, injectiemateriaal en sondeopstelling kan de kosteneffectiviteit aanzienlijk verbeteren.

Vooral bij scholen, appartementencomplexen en grotere geothermische meetvelden hebben deze verschillen een aanzienlijke invloed op de totale kosten.

Ondersteuning bij dimensionering en variantvergelijking

Korte aardwarmtepompsystemen moeten specifiek voor elk project worden ontworpen. Standaardveronderstellingen volstaan niet om het beschikbare optimalisatiepotentieel volledig te benutten.

Wij ondersteunen planbureaus, installateurs, boorbedrijven en gebouweigenaren met:

• Dimensionering van aardwarmtepompsystemen volgens SIA 384/6 & VDI 4640/2
• thermische simulatie op lange termijn
• hydraulisch ontwerp
• Berekening van het drukverlies
• Selectie van geschikte sondesystemen
• Vergelijking van separatus- en standaardsystemen
• Optimalisatie van boordiepte, boordiameter en sonde-opstelling

Of het nu om een separatus- of een standaardsonde gaat, de doorslaggevende factor is de technisch en economisch beste oplossing voor het betreffende project.

Bent u van plan een aardwarmtepompsysteem aan te leggen met een beperkte boordiepte, een smal stuk grond of uitdagende hydraulische randvoorwaarden?

Stuur ons het belastingprofiel, de locatieomstandigheden en de maximale boordiepte. Wij bekijken dan de mogelijke opties.