STEM-building - Thermische energiemonitoring

Maarten Evens
Tijdens mijn scriptie heb ik de werkzaamheden van werkvoorbereider beschreven voor de STEM-building bij Provil te Lommel. Hierin werden een aantal scenario's omschreven, evenals de zoektocht naar de juiste componenten en partners.

Leerlingen Provil Lommel bouwen zélf duurzaam schoolgebouw - STEM steunt ingenieurs van morgen

Duurzaam omgaan met onze fossiele grondstoffen en brandstoffen? Nóg meer inzetten op hernieuwbare energiebronnen zoals wind en zon? Het zijn essentiële vragen die de toekomst van onze toekomstige generaties bepalen. Pientere ingenieurs kunnen ons helpen om de juiste keuzes te maken. En daar wringt net het schoentje. Het tekort aan ingenieurs verdubbelde de afgelopen drie jaar. Hoog tijd voor actie. Het Vlaamse STEM-actieplan moet de bollebozen van de toekomst ontdekken én opleiden. Bij Provil in Lommel geven ze alvast het goede voorbeeld. Daar bouwen de leerlingen hun eigen duurzame schoolgebouw. Toonaangevende techniek in de praktijk!

STEM-building

De leerlingen in Lommel maken dankbaar gebruik van de mogelijkheden binnen STEM. Een afkorting die overigens staat voor Science, Technology, Engineering & Mathematics. Het doel van dit actieplan is helder: zoveel mogelijk wetenschappelijke en technische vakken in het middelbaar onderwijs integreren. En de praktijk is zoals vaak de beste leerschool. De zogenaamde ‘STEM-building’ die ze bij Provil bouwen, is daar een mooi voorbeeld van.

STEM

Duurzame en innovatieve technieken

Bij de bouw van deze nieuwe constructie worden de meest innovatieve technieken gehanteerd. Voornamelijk met als doel de leerlingen er in de praktijk mee te leren werken. Dus geen traditionele verwarming op stookolie of aardgas, maar een maximaal gebruik van zonne-energie. De leerlingen gaan zelfs een stapje verder want het teveel aan energie wordt slim gestockeerd voor later gebruik. Hiervoor leren ze werken met een zogenaamd ‘ijsbuffervat’ van producent Viessmann. 

Gratis koeling tijdens de zomer

Dit innovatieve product kan bovendien ook ’s zomers zijn troeven uitspelen. In de wintermaanden zal het vat afkoelen en misschien zelfs bevriezen. In de zomermaanden kan het ijsbuffervat zo ingezet worden om de leerlingen een aangenaam en koel klaslokaal te bezorgen. Als de zonne-energie binnenkort efficiënt kan opgeslagen worden in een batterij, heeft het gebouw zelfs geen elektriciteitsaansluiting meer nodig.

IjsbuffervatInnovatieve cyclus van 3 jaar

Image removed.

De leerlingen zullen 2 jaar bouwen aan het project. Hierbij zorgen verschillende bedrijven en hogescholen voor de nodige ondersteuning. In het derde jaar is het gebouw helemaal operationeel. Tijdens dat jaar kunnen de leerlingen het gebouw gebruiken voor allerlei testen, metingen en simulaties. Een schitterende leerschool, want de scholieren leren méér dan louter werken met de nieuwste technieken. Een jaar lang kunnen ze in deze proeftuin hun technisch inzicht grondig bijschaven. Na deze 3 jaren wordt het gebouw terug afgebroken en kan de cyclus opnieuw starten. Vanzelfsprekend mét de allernieuwste technieken van dat moment.

Meten is weten

Een dergelijk project staat of valt natuurlijk met een vakkundige begeleiding. Zonder leidraad starten, kan ervoor zorgen dat de mogelijkheden niet ten volle benut worden. Een systeem waarmee het energieverbruik zichtbaar kan worden gemaakt, bleek essentieel. Zo kunnen de leerlingen de werking van de installatie accuraat achterhalen. Maarten Evens van hogeschool Thomas More ontwikkelde - in het kader van zijn bachelorproef - een monitoringsysteem dat checkt hoe de energie zich verdeelt over de volledige installatie. De leerlingen kunnen op die manier via grafieken en tabellen nagaan hoe de verschillende systemen zich gedragen doorheen het jaar. Zelfs per dag en per seizoen!

15 verschillende scenario’s

Maarten Evens: “Voor dit STEM-gebouw heb ik 15 verschillende scenario’s uitgeschreven. In één van deze scenario’s wordt de vergelijking gemaakt tussen vloerverwarming, plafondverwarming en ventilo-convectoren. Deze ventilo-convectoren kan je vergelijken met een radiator die voorzien is van ventilatoren om zo de warmte sneller te verspreiden doorheen de ruimte. Een belangrijk verschil is wel dat deze ventilo-convectoren op een veel lagere temperatuur dan een gewone radiator werken. Bij deze vergelijking bestuderen we welke verwarmingstechniek het snelste zal opwarmen van 18 naar 20 °C. Ook het verschil in energieverbruik - en dus een kost voor de eindklant - brengen we hierbij in rekening. Via dit scenario kunnen we onze toekomstige verwarmingstechniekers triggeren om zich hier verder in te specialiseren.”

Impact van zonnestraling

Het monitoren van de verwarming is vanzelfsprekend niet het enige scenario. Op basis van enkele permanente metingen - buitentemperatuur, de zonnestraling, de opbrengst van de zonneluchtabsorbers (een soort van zonneboiler) - kunnen de leerlingen van de richtingen Industriële Wetenschappen, Elektriciteit-Elektronica en Elektromechanica het verband leggen tussen de zonnestraling en de buitentemperatuur. Bovendien geeft dit de mogelijkheid om te analyseren wat het verschil in energieverbruik is tussen een zonnige en een bewolkte dag.

De juiste componenten op de juiste plaats

Image removed. Maarten Evens: “Bij het uitschrijven van zulke scenario’s komt er veel meer kijken dan op het eerste zicht lijkt. Om te beginnen moest ik onderzoeken wat we wel/niet in kaart gingen brengen én hoe we dit zichtbaar konden maken voor de leerlingen. Daarna ben ik - op maat van elk specifiek scenario - op zoek gegaan naar de geschikte componenten. Energiemeters, zonnestralingsmeters, temperatuursensoren en omvormingsmodules zijn maar enkele voorbeelden. Vervolgens heb ik alle onderdelen correct gedimensioneerd om tot een nauwkeurig eindresultaat te komen. Tenslotte heb ik ook de nodige installatievoorschriften uitgewerkt. Belangrijk, want de leerlingen en leerkrachten kunnen hier de volgende jaren dankbaar op terugvallen tijdens de bouwwerken. Op dit moment bevindt het gebouw zich namelijk nog in de ruwbouwfase.”

Energiemeter
 

Image removed.Beperkt budget, maximaal resultaat

Aangezien het budget beperkt was, ging Maarten Evens ook op zoek naar de benodigde sponsoren. Grote bedrijven zoals Viessmann, Siemens, Gyproc, Soudal en Jaga waren allemaal bereid om een bijdrage te leveren. Doch is dit maar een zeer beperkte opsomming van het lijstje aan sponsoren dat ondertussen de kaap van 35 overschreed. Om de verschillende componenten met elkaar te koppelen, bleek MBS Software uit Duitsland de noodzakelijk helpende hand in het verhaal. De CEO van het bedrijf kwam zelfs persoonlijk naar Lommel voor een bezoekje aan de Provil-site.

Actuele status ruwbouwPositief en inspirerend project

Maarten Evens: “Ik ben blij dat ik een steentje heb kunnen bijdragen aan dit mooie project. De leerlingen van Provil zullen mijn scenario’s - en bijhorende componenten - in de komende jaren hopelijk veelvuldig gebruiken voor onderzoeken, metingen, enz. Zo kunnen ze op een correcte manier uit de startblokken schieten. Hopelijk inspireert dit project een aantal toekomstige ingenieurs om voluit voor duurzame oplossingen te kiezen.”