OPLEIDING
Install Magazine 957 – februari 2019
Onderzoek naar ijsopslag
Samenwerking tussen Econ en Hogeschool PXL
Het ijsopslagvat bestaat uit een betonnen kuip waarin een kunststof warmtewisselaar is aangebracht (Foto: PXL).
In de proefopstelling wordt niet alleen de temperatuur in het opslagvat gemeten, maar ook op verschillende afstanden en dieptes in de bodem (Foto: PXL).
De ijsopslag is verbonden met een proefopstelling met een warmtepomp en een buffervat.
De studenten die het project opvolgden, gooiden het eerste ijs in de buffer, onder het goedkeurend oog van Robin Bruninx (CEO Encon), Ben Lambrechts (algemeen directeur Hogeschool PXL) en de Kerstman als speciale gast.
Innoverende technieken toepassen, is altijd een beetje een stap in het onbekende, omdat er per definitie nog weinig ervaring mee is. Onderzoek kan helpen om die onzekerheid te verminderen. In de praktijk stoot men echter op beperkingen. Bedrijven kunnen niet altijd voldoende tijd en middelen besteden aan langetermijnprojecten. Kennisinstellingen kunnen dat wel, maar beschikken niet altijd over voldoende budget om de nieuwste systemen aan te schaffen. Als beide kanten echter samenwerken, kan men tot mooie resultaten komen, wat bewezen wordt door een project van Encon en Hogeschool PXL (Diepenbeek) rond ijsopslag.
Samenwerken loont
Encon is een Limburgs consultancybureau voor energiebesparende projecten, voornamelijk in de industrie. Met de projecten die het bedrijf in zijn zestienjarig bestaan heeft helpen realiseren, werd al naar schatting een megaton CO2 bespaard. Een van de innoverende technieken die Encon wil toepassen, is de combinatie van een warmtepomp met ijsopslag. Daarbij gebruikt de bodem-water warmtepomp geen boring als warmtebron, maar een ondergrondse opslagtank met water, waarin een spiraalwarmtewisselaar is aangebracht. Naarmate er warmte aan het water wordt onttrokken, begint het te bevriezen. Zo kan men gebruik maken van de aanzienlijke latente warmte van water: de hoeveelheid energie die vrijkomt bij de fase-overgang van water naar ijs, komt overeen met wat nodig is om vloeibaar water van 0°C tot 80°C verhitten. In de zomer kan het circuit worden omgekeerd, en kan men gebruik maken van het ijs als gratis koudebron om het gebouw te koelen.
Vooraleer Encon deze techniek zou aanraden aan zijn klanten, wilde het bedrijf eerst ervaring opbouwen. Daarvoor klopte Encon aan bij de Hogeschool PXL, meer bepaald de Tech-campus in Diepenbeek. De hogeschool was maar al te blij met deze kans. “Het past perfect in onze opvatting van de campus als ‘living lab’ waar we onze technologiestudenten realistische opdrachten laten uitvoeren,” aldus Marleen Schepens, departementshoofd PXL-Tech. “We hebben daarbij het geluk dat we onze gebouwen kunnen benutten om experimenten op ware grootte uit te voeren.”
Duurzaamheid en energiebesparing zijn twee aandachtspunten van Hogeschool PXL. Volgend academiejaar starten er twee nieuwe tweejarige graduaatsopleidingen: HVAC en hernieuwbare energiesystemen. Als men de energie-experts van de toekomst wil opleiden, moet de school beschikken over innoverende technieken, zoals deze ijsopslag. De opslag van thermische energie zal een van de grote thema’s worden in de komende energietransitie. Met dit project wil Hogeschool PXL bijdragen tot het onderzoek terzake.
Kennis opbouwen
Encon leverde een ijsopslagsysteem van 15 m3, dat vorige december officieel in gebruik werd genomen. De plaatsing werd opgevolgd door twee bachelorstudenten: Jaan Evens en Stef Luyten. De ijsopslag maakt deel uit van een ruimer onderzoeksproject. Eerst en vooral wil men nagaan hoe de ijsvorming verloopt en wat er precies met de tank gebeurt in de loop van een jaar. Daarvoor werden er niet alleen sensoren geplaatst in de tank zelf, maar ook rond de tank, aan de buitenwand en op verschillende afstanden en dieptes. Met dat laatste wil men nagaan welk effect een grote ijsklomp in de bodem heeft op de omgeving.
Verder wil men ook bepalen wat het effect is van de ijsvorming op het rendement. Naarmate de ijslaag op de warmtewisselaar groeit, daalt de efficiëntie van de warmtewisselaar immers door de isolerende werking van het ijs. Op basis daarvan kan men dan een optimaal werkingsregime bepalen. Dat kan bijvoorbeeld zijn dat men de ijslaag best niet boven een zekere dikte laat uitgroeien. Docent Chris Hendrickx wil ook zien hoe ver men kan gaan in de ijsvorming. Het idee is om aan het einde van het stookseizoen tot een maximale ijsklomp te komen; ideaal gezien zal men de hele tankinhoud laten bevriezen, om de invloed daarvan op de werking en de omgeving te meten. Dergelijke gegevens kunnen alleen maar verkregen worden door langeduurtesten op ware grootte.
Een hele proefopstelling
De ijsbuffer is verbonden met een warmtepomp van 5 kW (B0/W35) in het onderzoekslab dat een buffervat verwarmt. Dit vat wordt op een zo hoog mogelijke temperatuur gebracht en is volledig bemeterd om het effect van opladings- en ontladingsprocessen te analyseren, en om gegevens te verkrijgen over de stratificatie.
In de zomer wordt de ijsbuffer gebruik voor de koeling van een leslokaal via ventiloconvectoren. Een aangenaam klimaat garanderen in een dergelijke ruimte wordt hoe langer hoe meer een uitdaging. Er is niet alleen de bezonning, maar ook de interne warmtelasten door de studenten en de diverse apparatuur. Het lokaal in kwestie dient voor de opleiding biotechniek, en omvat onder meer een droogoven. Door gebruik te maken van de koude die opgeslagen is in de ijsbuffer, hoeft men geen airconditioning te laten draaien.
Het ijsopslagvat is voorzien van een tweede warmtewisselaar, die verbonden wordt met statische lucht-zonnecollectoren tegen de gevel. Het is de bedoeling om hiermee tijdens het stookseizoen de ijsopslag te regenereren. Zolang de luchttemperatuur boven het vriespunt is, kan men immers warmte uit de lucht onttrekken om het ijs weer te smelten. Op die manier dient niet alleen het water in de tank als warmtebron, maar ook de buitenlucht. Ook dit circuit is volledig bemeterd. Verwacht wordt dat dit vooral in het tussenseizoen effect zal hebben. Het vermogen van deze warmtewisselaars is misschien beperkt, maar omdat men ze in principe 24 uur lang kan laten werken, rekent men toch op een interessante opbrengst.
De experts van morgen
Met de medewerking aan dit project heeft Encon een dubbel doel. Het directe nut is om gegevens te verkrijgen over de werking van een ijsbuffer die het bedrijf op eigen houtje niet zou kunnen verkrijgen. Daarnaast is er een doel op langere termijn. “We willen de kloof tussen scholen en bedrijfsleven helpen overbruggen”, aldus Robin Bruninx, CEO van Encon. “Als de studenten hier vertrouwd raken met toekomstgerichte energietechnieken, kan de sector binnenkort over beter geschoolde arbeidskrachten beschikken. Er is nu al een nood aan technische profielen, en die zal nog toenemen. We moeten ervoor zorgen dat de studenten vertrouwd zijn met de oplossingen van morgen. Het zijn tenslotte onze toekomstige werknemers.”
Door Alex Baumans
