Was haben Eiswürfel mit Wärmespeicherung zu tun?

Die Antwort darauf erklärt auch, warum es das Ziel der Siedler ist, den größten Eiswürfel in Pannonien herzustellen.

Eiswürfel kühlen so effizient, weil sie während des Kühlens auftauen. Besser: Sie tauen auf, um zu kühlen! Zum Auftauen von Eis wird vergleichsweise viel Wärmeenergie benötigt – viel im Vergleich zur Energie, die zum Aufheizen von Wasser benötigt wird.

Wieviel Eis wird benötigt, um 1/4 Liter Wasser von 20°C auf 10°C abzukühlen?

Eiswuerfel im Glas (Pixabay)

>> Ein Eiswürfel mit einer Kantenlänge von 3cm (1/10 des Volumens des Glases)!

Während des Auftauens bleibt die Temperatur des Eiswürfels konstant auf 0°C. Alle Energie, die dem umgebenden Wasser entnommen wird, wird verwendet, um den Eiskristallen Moleküle zu entreißen – nicht um die Moleküle des Eises heftiger schwingen zu lassen (= die Temperatur zu erhöhen). Oder anders gesagt: Der Versuch, die Kristalle heftiger schwingen zu lassen, endet mit dem Losreißen der obersten Schicht, also dem Auftauen – dann wird die nächste Schicht bei 0°C aufgetaut.

Umgekehrt kann beim Gefrieren von Wasser genau dieselbe Wärmemenge gewonnen werden, die man für das Auftauen aufbringen muss. Darauf bezieht sich auch das so genannte ‚Heizen mit Eis‘. Eigentlich ist es: ‚Eis durch Heizen‘.

Entzieht man dem Wasser Wärme, um damit zu heizen, kühlt es zunächst bis auf 0°C ab. Dann entsteht bei konstanter Temperatur von 0°C Eis.

Um nun relativ kaltem Wasser weiter Energie entziehen zu können, um zu heizen, muss Wärme entgegen dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik fließen – also mit einer Wärmepumpe gepumpt werden.

IceBlockNearJoekullsarlon

Ein Eisblock in Island – wo er für Heizzwecke wahrscheinlich nicht benötigt wird (Wikimedia)

Wenn man ca. 25 m3 Wasser gefriert und daraus einen Eiswürfel mit 3 m Kantenlänge  macht, werden ca. 2.300 kWh frei. Damit kann man eine Siedlerhütte ca. einen Monat lang heizen.

Der größte Eiswürfel Pannoniens entsteht also nicht als Kunstwerk zum Selbstzweck, sondern ist der Nebeneffekt der Nutzung eines Wassertanks als Wärmequelle einer Wärmepumpe.

Dass Wasser gerade bei 0°C seinen Schmelzpunkt hat, ist ein glücklicher Zufall: Die Temperatur der Wärmequelle bleibt damit während des Gefrierens / Schmelzens immer auf diesem Wert – einem Wert, der auch im Winter oft unter der Umgebungstemperatur liegt.

Wenn das der Fall ist, kann über den Kollektor wieder Wärmeenergie aus der Umgebung gewonnen und damit die Bildung des Eiswürfels verzögert oder sogar umgekehrt werden…

Eis-Schloss; Lake Louise, Alberta, Kanada (Pixabay)

Eiswürfel können natürlich auch künsterlisch genützt werden.

Ein Gedanke zu „Was haben Eiswürfel mit Wärmespeicherung zu tun?

  1. Pingback: Eiszeit in Pannonien … | punktwissen

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