bodemwarmtewisselaar onder huis

[MaartenB]

In de toekomst ben ik van plan om de vloer in onze hal te vervangen, isoleren en vloerverwarming erin leggen, en in de keuken hetzelfde. In de zomer is het echter lekker koel in de hal, mede doordat (hoogst waarschijnlijk) de vloer direct op de aarde ligt, zonder isolatie. Het is in de zomer dus eigenlijk zonde dat er isolatie tussen de vloer en de aarde zit. Daarnaast had ik al het een en ander gelezen over aard (AWW) en bodemwarmtewisselaars (BWW). Een BWW wordt volgens mij vaak bij nieuwbouw nog even gelegd, door een slang rondom de fundering te leggen van rond de 100-200 meter. Deze kan dan gebruikt worden voor voorwarming bij balansventilatie in de winter, of koeling in de zomer.

Ik dacht er zelf nu aan om wanneer ik een nieuwe vloer ga leggen, hieronder (dus onder de isolatie) een PE of alupex buis te leggen als BWW. Maar hoeveel je daar mee kan koelen wist ik niet, ik heb daarom een simulatie gedaan, en dacht dat het misschien nuttig is om m'n resultaten te delen.
Ik heb 3 simulaties gedaan, allemaal 2d, met een stuk natte klei 2.5meter diep, en 65 cm breed met daarin 6 of 3 buizen (om de 10 cm, of 20cm), en een met 'overal buis', een vlakke plaat zeg maar. Zie hieronder het plaatje wat de 10cm buisafstand voorstelt (de kleine blauwe stipjes zijn de buizen).

ground-model.png

Ik heb de watertemperatuur 25 graden genomen, de klei 12 graden. De heat capacity van het water heb ik extreem hoog gekozen om een constante watertemperatuur te nemen, voor de rest heb ik de buis als PE-RT gekozen, lambda = 0.43 W/mK (uit http://www.henco.be/web/assets/download ... 00DU02.pdf ). Voor de klei heb ik natte klei gekozen uit http://www.energiek2020.nu/uploads/medi ... erging.pdf (lambda = 1.6 W/mK).

Hierna heb ik deze enkele uren laten simuleren (tot maximaal ongeveer 120 uur). Zie hieronder een 'heatmap' van na 95 uur, blauw is koud, rood is warm.

T-map-20cm-95h.png

Voor deze drie scenarios heb ik gekeken wat het koel vermogen is in de tijd en dit uitgezet in een grafiek, dashed is cumulatief (aflezen op rechter y as):

power.png

Rood is de vlakke plaat (niet realistisch scenario, maar interessante vergelijking), blauw is om de 10cm, groen om de 20cm. Hoewel om de 10cm wel beter is dan om de 20, is dat maar voor korte duur, uiteindelijk zit je na een dag op 22 W/m^2. Je kan dus een poosje flink koelen, maar niet door een hittegolf komen denk ik . Stel je doet 50m^2, dan heb je 1.1kW, 26kWh op een dag. Geen super airco, maar wellicht voor goed geisoleerde huizen (met zonwering uiteraard!) nuttig.
Ik heb hierna ook nog gekeken hoe lang het duurt voordat de natte klei weer afkoelt, en dat duurt daaaaagen.
Hier op uur 0, het verloop van de temperatuur (x as is diepte in cm, y as temperatuur in graden):

T-graph-000.png

Hier op uur 83:

T-graph-083.png

De keuze voor 10cm, 20cm en vlakke plaat heb ik ook gemaakt ivm onzekerheid voor de warmteweerstand van de buis, en ook daar heb ik mee zitten spelen. Maar uiteindelijk is het de opwarming van de klei die de bottleneck vormt.
Hiernaast is de constante watertemperatuur van 25 graden wat aan de hoge kant, dus het werkelijke koelvermogen zal in de praktijk wat minder zijn denk ik.
Ik denk dat ik het uiteindelijk wel ga doen, alleen al om te kijken of dit model klopt En voor eventuele voorvwarwarming van een eventuele balansventilatie, of voorverwarming van wat dan ook.
Ik hoop dat iemand hier wat aan heeft, wie weet zit er een foutje in, ik geef geen garanties. Wellicht dat iemand soortgelijke simulaties kent, of kan doen om het te controleren, dan hoor ik het graag.

[GTV6]

Een paar dingetjes, stel je gebruikt het koelwater uit de bodem om je vloer te koelen met je vloerverwarmingssysteem, i.v.m. condensatie mag je koelwater max 16 a 17 graden zijn. Je koelvermogen is dan circa 15 W/M2, dit is gering maar het helpt wel. Uit de bodem kun je water van circa 12 graden onttrekken met slang vanaf een meter diepte e.e.a. beetje afhankelijk van je grondwaterpeil.
Onder je vloer zou ik niet doen zeker niet bij klei, als je dit gaat uitgraven is het lastig die laag weer stabiel te krijgen, hoe je het ook aanstampt het blijft nazakken. Ik zou het in de tuin ingraven.

[deleted]

Maarten,

Mooie simulatie. Heb je daar een standaard programma voor ?

Nog als aanvulling op GTV6: inderdaad als de buizen dieper liggen doet er meer massa meer aan de cycli.
En als je goed gaat isoleren aan de vloer, wellicht ook nog perimeterisolatie, dan gaat die massa wellicht na enkele jaren ook een hoger jaargemiddelde halen dan grond buiten.
De ondergrond buiten krijgt immers een jaargemiddelde temperatuur op een bepaalde diepte. (nachtkoeling, dagwinsten, ....)
Dat zal met een redelijk isolatieniveau onder het huis niet het geval meer zijn. Je hebt geen nachtelijk koeling/uitstraling in de zomer. Geen warmteuitwisseling met de koude omgevingslucht in de andere seizoenen.
Volgens mij wordt die buffer dus jaargemiddeld veel warmer dan een gelijkaardige hoop aarde verderop.
(tenzij die grond via een hoge grondwaterstand in erg goed in contact staat met de omliggende grond)
Dat kan het probleem van condesatie van GTV6 ondervangen, maar het zou ook gewoon te warm kunnen zijn voor enig koelvermogen.

De vraag is dus waarom is de gemiddelde grondtemperatuur op 1m diepte 12 graden. En zijn die oorzaken wel aanwezig onder een goed geïsoleerde vloer.
Ik vermoed van niet, maar heb er geen ervaring mee.

G

[MaartenB]

@GTV6: Het idee is dat er toch al een nieuwe vloer komt, dus dekvloer+isolatie+beton+zand zit al snel op 50-70cm? Tot zover moet het afgegraven worden, dan is het gewoon een kwestie van de buizen erin leggen, het is geen extra graafwerk.
De oppervlakte temperatuur is niet gelijk aan de watertemperatuur, dus het koelwater mag denk ik wel iets van 14 of 12 graden zijn (zelfde met wandverwarming, water is 40 graden, oppervlak een stuk koeler). Maar condensatie is wel een belangrijk punt. Wellicht zorgt 12 graden water nooit voor condensatie aan het oppervlak, wat weer scheelt aan een mengventiel.

@Gandalf: thx, het is nu een zelf geschreven programma, ooit gebruikt voor het berekenen van de temperatuur in de spanten ivm condens. Totaal niet efficiënt, en heel simpel, maar het makkelijke van mijn eigen programma is dat je de situatie gewoon in paint kan tekenen, en elke afzonderlijke kleur eigenschappen kan geven (conductivity en capacity). Als er een simpel gratis programma bestaat hoor ik het graag.
Om het dieper te leggen moet ik meer afgraven, deze situatie is echt alleen voor een nieuwe vloer, en zou geen (of weinig) extra moeite moeten zijn. Alleen de kosten van de buis, een verdeler, (+ aansluiting op de rest, pomp + warmtewisselaar?). Dat de temperatuur oploopt maakt denk ik niet veel uit, alle simulaties gaan naar die 22 W/m^2, dit is wanneer de klei al flink opgewarmd is na zeg 100+ uur.
Natte klei heeft een Warmtecapaciteit van ~0.5 kWh/m^3/K, dus voor 50 m^2 en deltaT van 10, effectief gebruik van ~1 meter dik, zit je op zo'n 250 kWh (ongeveer 30 cuub gas, of 60 kg hout) opslag, en de warmte lekt langzaam weg. Als je het in de winter kan gebruiken voor verwarming (bij ventilatie wellicht) en dus weer kan afkoelen, dan zal het in de zomer weer wat afgekoeld zijn. Het is geen fantastisch systeem met hoge rendementen, maar er zitten denk ik weinig kosten aan. Ik wilde eerst ongeveer weten wat voor vermogens er te halen zijn, wat voor opslag, hoe snel het afkoelt etc, maar hoe je er effectief gebruik van kan maken is een 2e. Door koude buitenlucht voor te verwarmen is er nog wat meer energie uit te halen, maar daar heb ik nog niet aan gerekend. Als iemand nog goede ideeën heeft, dan zijn ze welkom.

Ik vraag me ook af of ~1.1 kW (26 kWh, komt overeen met 3 cuub gas) genoeg is. Als je je huis in de winter bij een deltaT van 10 kan verwarmen met 3 cuub gas, dan zou je het ook moeten kunnen koelen met een deltaT van 10 met dit systeem. Wel heb je wat massa nodig om de piek overdag op te vangen en moet je goede zonnewering hebben (1m^2 raam is ongeveer 1 kW, hoewel voor maar enkele uren). Ook kan je je afvragen of je een deltaT van 10 wilt, bij 30 graden buiten is binnen 20 graden wellicht te koud.

[deleted]

Ik begrijp niet goed hoe je aan die 22w/m² komt ongeacht brontemperatuur ?

Ik vraag me ook af of ~1.1 kW (26 kWh, komt overeen met 3 cuub gas) genoeg is. Als je je huis in de winter bij een deltaT van 10 kan verwarmen met 3 cuub gas, dan zou je het ook moeten kunnen koelen met een deltaT van 10 met dit systeem. Wel heb je wat massa nodig om de piek overdag op te vangen en moet je goede zonnewering hebben (1m^2 raam is ongeveer 1 kW, hoewel voor maar enkele uren). Ook kan je je afvragen of je een deltaT van 10 wilt, bij 30 graden buiten is binnen 20 graden wellicht te koud.

Zoals GTV6 als stelde kan je niet met een deltaT van 10 koelen zonder condensatieproblemen. Ook is de vraag hoe je aan die deltaT zou geraken ? Het koelwater gaat volgens mij een gemiddelde worden tussen bodem(bvb 17°) en vloertemepratuur(bvb 23°C). En het koelvermogen is afhankelijk van deltaT tussen vloertemperatuur(bvb 23°C) en kamerluchttemperatuur(bvb 27°C aan plafond en 24°C aan de vloer).

Voor dat laatste kan trouwens nog opgemerkt dat de vloer geen goede plaats is om te koelen. De warmste lucht zit tegen het plafond. Koelen gaat dus effectiever met een register in het plafond. (de afgekoelde lucht maakt daar vanzelf plaats voor nieuwe warmere lucht)
Feitelijk andersom dan vloerverwarming/plafondverwarming. Met eenzelfde deltaT heb je toch ongeveer maar de helft van het verwarmingsvermogen met plafondverwarming. Het convectiegedeelte valt immers zo goed als weg en je houdt enkel het stralingsaandeel over. Idem vloerkoeling. Ongeveer maar half zo efficiënt bij gelijke deltaT dan plafondkoeling. Of maw bij dezelfde deltaT zal het koelvermogen toch maar de helft zijn van verwarmingsvermogen van de vloer. DeltaT die je bovendien niet haalt.


G

[MaartenB]

Hmm, ik heb iets te snel geconcludeerd, ik dacht dat het koelvermogen asymptotisch naar die 22 W/m^2 ging, dat is niet het geval, het blijft dalen. Als ik naar https://www.thermalfluidscentral.org/en ... e_Solution kijken, zou het als 1/sqrt(t) moeten gaan, dus als het na 120 uur (5 dagen) 22 W/m^2 is, is het na 480 uur (20 dagen), 11 W/m^2, dit past ook redelijk goed in het verloop van mijn grafiek.
Dat over dat je de convectie verliest klopt idd, zal waarschijnlijk een factor 2 zijn idd. Maar neem mijn cijfers ook niet te serieus hoor, het is alleen om een idee te geven of zoiets zou kunnen werken (dat het niet 0.1 W/m^2 is na 1 dag) of dat het super goed zou werken (200 W/m^2 voor een half jaar). Zoals altijd is het een 'mwa', als het niet teveel geld kost wellicht interessant, maar aangezien het nog niet in elk huis zit hoogstwaarschijnlijk niet te heilige graal

[GTV6]

Je wil iets als een soort van WKO installatie, betonkernactivering is dan het meest effectief, slangen in de kern van een verdiepingsvloer, dus beide kanten zijn gekoeld. In het plafond doet het meest qua koelen. Maar dat is de afgiftekant.
Die 12 graden gaat echt niet gaat namelijk niet om je opp. temperatuur, ook in het beton is vocht aanwezig, je kunt echt niet lager dan 16 a 17 graden je stalen net zal je dankbaar zijn.
Het is een beetje afhankelijk wat je prioriteit is koelen of verwarmen, maar wil je koelen moet je onder je huis vandaan wil je warmte terugwinnen dan kun je onder je vloer blijven, onder je vloer is de uitwisseling minder, er komt geen directe neerslag dus alleen vocht door capillaire werking. Zodoende ook minder uitwisseling met de omgeving. Eigenlijk voeg je alleen massa toe aan je vloer als je er goed over nadenkt. Denk na beton is nooit droog al lijkt dat zo de rv trekt ook in je beton en dat gaat condenseren om de slangen. Als je je opwekking kiest in de grondwaterlaag is je uitwisseling minder beperkt. Het hele jaar rond is daar een 10 graden beschikbaar, voor koelen en verwarmen. Hier gaat wat af natuurlijk omdat het eerst via een slang wordt overgedragen dit met een zeker snelheid dus tel er twee graden bij. Maar je moet mengen met retourwater om niet onder de 17 graden te komen.