VERWARMING
Install Magazine 983 – april 2022

WKK voor brandweerkazerne van Charleroi

Lange looptijden dankzij aangepaste installatie en regeling

Lange looptijden zijn cruciaal voor een rendabele werking van een WKK-installatie. Hoe langer installatie draait, hoe korter de terugverdientijd is. Bovendien zijn korte start-stopcycli nadelig voor de levensduur. Om aan voldoende draaiuren per jaar te komen, is er allereerst een aangepaste hydraulische verdeelinstallatie nodig, zodat de WKK altijd de warmte kwijt kan. Een tweede voorwaarde is een intelligente sturing om de energiestromen in goede banen te leiden. Met de installatie van de nieuwe brandweerkazerne van Charleroi, toont Thema hoe het moet: over de laatste jaren haalt de WKK 7200 tot 7600 draaiuren per jaar.

Een bekroonde kazerne

De brandweerkazerne van Charleroi werd in 2016 in gebruik genomen en is een bekroond ontwerp van architectenbureau Samyn en Partners. Het meest opvallende kenmerk is de ronde vorm, die gekozen is zodat elk voertuig direct uit de garage kan wegrijden, zonder te moeten manoeuvreren. De kazerne is volledig uitgerust, met onder meer een sportzaal, een toren voor trainingen op hoogte, en zelfs een looppiste op het dak die helemaal rond het gebouw gaat. Bij het ontwerp stond niet alleen functionaliteit en architecturale kwaliteit voorop, maar ook duurzaamheid: het gebouw is voorzien van zowel thermische als fotovoltaïsche zonnepanelen, en een WKK. Bovendien is er ook een ingenieus spiegelsysteem dat daglicht tot in de overdekte parkeergarage brengt. De verwarmingsinstallatie met ketel, WKK en zonnecollectoren werd geleverd door de firma Thema, die ook instond voor het ontwerp en de regeling.

WKK installatie

De WKK installatie is een EC Power XRGI 15, aangedreven door een gasmotor met een vermogen van 31 kW thermisch en 15 kW elektrisch. Doorslaggevend voor het rendement van een WKK-installatie is dat er tegelijk afname moet zijn van elektriciteit en warmte. Dan wordt immers de energie van de brandstof optimaal benut, en realiseert men efficiëntiewinst ten opzichte van gescheiden opwekking. Elektrische verbruikers vinden in de brandweerkazerne is niet zo een probleem: er zijn altijd wel ergens toestellen die stroom nodig hebben. De warmte nuttig gebruiken op jaarbasis is een grotere uitdaging. De vraag varieert immers met de tijd. Om toch voldoende lange looptijden te verkrijgen, ook bij lage warmtevraag, wordt een WKK doorgaans gekoppeld aan een buffervat, dat dan de installatie bevoorraadt. Dat is geen optimale oplossing, omdat dan de looptijden van de WKK beperkt zijn tot de oplaadtijd van het buffervat. Eenmaal dit volledig is opgeladen, zal de WKK immers stilvallen. EC Power gooit het over een andere boeg, met een hydraulisch concept waarbij zoveel mogelijk warmte direct aan de installatie geleverd wordt.

Warmtevraag

Een eerste ontwerpbeslissing was om zoveel mogelijk warmteverbruikers aan de WKK te koppelen. De grootste verbruiker is natuurlijk de verwarmingsinstallatie van de brandweerkazerne zelf. Die wordt bediend door een Remeha Gas 610 Eco Pro 710 condenserende gasketel van 654 kW. Dit is een dubbelketel met twee aparte ketellichamen die als een cascade werken. Zodoende kan de ketel het vermogen soepel aanpassen aan de wisselende vraag. Gezien de WKK een thermisch vermogen van slechts 30 kW heeft, is er tijdens het stookseizoen meestal wel voldoende vraag om de warmteproductie van de WKK op te nemen.

Op deze installatie is ook de SWW-productie aangesloten. De voornaamste verbruikers zijn hier de douches voor de brandweerlui. Het sanitair warm water wordt geproduceerd door vier platenwisselaars die elk 30 l/min kunnen leveren, met andere woorden een piekdebiet van 120 l/min. De warmtewisselaars zijn gevoed vanuit 2 buffervaten van 2000 l elk. De warmteopslag gebeurt volledig met verwarmingswater; er wordt geen drinkwater op temperatuur gehouden, wat het risico op legionella vermindert. De buffervaten voor de SWW-productie zijn ook verbonden met de thermische zonnecollectoren. Het gaat om 18 SKR500L zonnecollectoren van Sonnenkraft voor een totale oppervlakte van 45 m2, die via een stratificatiemodule verbonden zijn met de twee stratificatievaten van 2000 l elk. Het bovenste derde wordt altijd op hoge temperatuur gehouden door de verwarmingsinstallatie – en dus ook door de WKK. De onderste twee derde wordt uitsluitend verwarmd door de zonnecollectoren.

Al deze circuits zijn verbonden met de hoofdcollector, die over een evenwichtsfles is aangesloten op de gasketel. Daarnaast is er een extra circuit, dat direct verbonden is met de WKK. Dit bedient een InvenSor LTC 10 plus adsorptiechiller van 10 kW koelvermogen, zodat er ook in de zomer nog warmtevraag gegarandeerd is. Meestal hebben adsorptiechillers vrij hoge temperaturen nodig, maar dit model kan volstaan met 72°C, zodat het goed te combineren is met een WKK.

Regeling

Zorgen dat er voldoende warmtevraag is, nog maar het begin. Het komt erop aan om de installatie zo te sturen dat de WKK voorrang heeft en niet wordt weggedrukt door andere warmtebronnen, in de eerste plaats de ketel. Daarvoor staat de Flow Master injectiemodule van EC Power in. Die zorgt ervoor dat er zoveel mogelijk warmte van de WKK wordt geïnjecteerd in de installatie.

De WKK werkt aan een primair regime van 90/80°C. Deze primaire kring is verbonden met een secundaire kring, via een Q80 hydraulische module met een warmtewisselaar, zodat de werkingstemperaturen altijd gegarandeerd zijn. De module bedient de absorptiechiller, en is ook aangesloten op de hoofdcollector en op een buffervat van 2000 l. De Flow Master injectiemodule stuurt de energiestromen in het secundaire circuit, dat voorzien is van een toerentalgeregelde circulatiepomp. In verwarmingsbedrijf wordt voorrang gegeven aan directe injectie in de hoofdcollector. Pas als verwarmingsinstallatie geen energie meer kan opnemen, zal het buffervat opgeladen worden. Bij piekvraag zorgt de Flow Master er ook voor dat de energie uit het buffervat snel wordt overgedragen aan de installatie.

“De ingebouwde intelligentie van de EC Power regeling speelt een sleutelrol,” legt Sébastien Schnoeck van Thema uit. “Op basis van de sensoren analyseert het zelflerend systeem de warmtestroom in de collector zodat het precies kan detecteren wanneer er energie aan de installatie kan geleverd worden. Daarvoor vergelijkt het de vertrek en retourtemperaturen om de warmtevraag te bepalen. De module stuurt autonoom de werking van de WKK en de warmtelevering naar het gebouw, waarbij een aansluiting op een GBS altijd mogelijk blijft. Onze ervaring leert dat een dergelijke specifieke sturing van de WKK het meest efficiënt blijkt.”

Probleemloze werking

De resultaten spreken voor zich: de afgelopen jaren haalde de WKK tussen de 7200 en 7600 draaiuren per jaar. Sinds de installatie eind 2016 in gebruik werd genomen, werd er 533.965 kWh elektriciteit geproduceerd, goed voor een besparing van 100 ton CO₂. Bovendien werkt het toestel zo goed als storingsvrij. Als de werkingsparameters gerespecteerd worden, kan men volstaan met een periodiek onderhoud. In principe is dit om de 8.500 draaiuren, maar in dit geval heeft de gebruiker gemakshalve gekozen voor een vast jaarlijks onderhoud. De firma Equans staat in voor de opvolging van de technische installaties. Het onderhoudsteam kan bevestigen dat, mits een goed ontwerp en aangepaste sturing, een WKK een rendabele en betrouwbare oplossing is, ook op langere termijn. “Steeds meer gebouweneigenaars zien de voordelen van een WKK in”, bevestigt Sébastien Schnoeck, “zeker als de betrouwbare werking gegarandeerd wordt. We zien een grotere interesse voor dergelijke systemen, en dat was nog voor de stijging van de energieprijzen een dergelijke aanpak extra interessant maakte. “