Independence Day

Es war am 26. Februar 2017, als jene historischen Worte unter dem Betreff ‚Independence Day‘ mittels elektronischer Post bis nach Pannonien gelangt waren:

„… Wir feiern den Anschluss der Hausheizung. Die Gasuhr steht 🙂 …“

‚Hinter den Deichen‘ war eine neue Ära angebrochen! Aber alles der Reihe nach. Eine Eisspeicher-Chronologie im Originalton:

07.01.2016: [Die Anfrage war schon einmal vielversprechend]:

„… Hallo Forscher im weiten pannonischen Süden. Irgendwas im hohen Norden hinter den Deichen, wo das Elend so groß ist, das selbst die Möwen rückwärts fliegen, damit sie das Elend nicht sehen müssen, sagt mir, dass ich von Irgendwem einmal Checklisten anfordern sollte …“

27.01.2016: [Bestandsaufnahme. Die Rüsselpest und ein Delirium bringen das Projekt fast zum Scheitern, bevor es begonnen hat]:

“ … Werde nun meine Hausaufgaben abarbeiten. Hier ist leider die Rüsselpest ausgebrochen. 1640, als die Pest nach London kam, hatte das ja den „Newton-Effekt“. Ein noch wenig erforschter Effekt, bei dem ein kluger Mensch von der Stadt aufs Land zieht um so wenig wie möglich anderen Menschen zu begegnen. In dem dann zwangsläufig entstehenden Kommunikationsvakuum steigt die Wahrscheinlichkeit sprunghaft, wichtige wissenschaftliche Erkenntnisse zu gewinnen …“

14.03.2016: [Detailplanung für den Eisspeicher]:

„… Den Tiefbauer für mein Mausoleum habe ich schon …“

21.03.2016: [Go!]:

„… Es geht in der letzten Aprilwoche los. In 3 Tagen will der Tiefbauer ca. 60 m³ Erde aus dem Garten schaffen … Nebenbei habe ich ein PV-Projekt angeschoben. Schließlich bin ich nun auf der Suche nach Strom …“

29.04.2016: [Es geht voran]:

“ … Die Solarmodule sind auf dem Dach. Der Eisspeicher ist immer noch virtuell. Dafür ist die Baugrube aber schon real. Anfang der Woche wird die Bodenplatte von uns gegossen. Danach geht es Stein für Stein in Richtung Sonne …“

ID-Bagger

23.05.2016: [Abenteuerurlaub]:

“ … Ich hatte Arbeitsurlaub 🙂 Der Speicher ist jetzt auf Sollhöhe 2.20 m.  Jetzt lassen wir das Ganze erst mal schön aushärten … „

08.06.2016: [Opa ist ein alter Fuchs im Baugewerbe]:

“ … Die Hohlkehle innen unten ist fertig. Jetzt kommt noch eine Zementschlämme mit Wasserglas und dann planen wir einen Bitumen-Kaltanstrich von innen, in der Hoffnung dass das Wasser auch da bleibt wo es sein soll …“

ID-Eisspeicher

22.08.2016: [Meilenstein Eisspeicher und erste Erfolge als Kraftwerksbauer]:

“ … Decke auf dem neuen Eisspeicher ist fertig und das Ganze ist jetzt schön ausgehärtet … Da kann ein Panzer drüber fahren … Seit die Photovoltaik-Anlage läuft sind wir stromautark. Na ja, im Sommer keine Kunst. Der Tesla-Speicher rettet uns locker über die Nacht …“

22.08.2016: [Ästhetik ist im Heizungskeller zweitrangig]:

„… Da der alte Kessel einfach dort stehen bleiben soll, wo er ist, wird das hinterher aussehen wie eine Molkerei (viele Rohre) 🙂 Aber ich wohne ja nicht im Keller …“

31.08.2016: [Beschaffung Wärmetauscher/Kollektor]:

„… die gemeine schwarze, von Luft und Sonne lebende, Zaunanakonda hat so ihre Tücken 😉 …“

14.09.2016: [Eine Herausforderung: Wie bringt man einen 1000 Liter Hygienespeicher in den Heizungskeller]:

“ … z.Z. prüfen wir gerade in einem interdisziplinären Arbeitskreis mit Hilfe einer aufwendigen 3D-Simulation, ob wir den Kessel nicht doch die Treppe runter und in den Keller bekommen (also kein Kellerwanddurchbruch). Motto in Deutschland: Wenn Du nicht mehr weiter weißt, bilde einen Arbeitskreis 😉 …“

[Ein Kindheitstraum wird wahr]:

„… Am Wochenende will ich den Graben vom Keller zum Eis-Speicher mit einem Minibagger ziehen, endlich kann ich auch mal Bagger fahren 😉 …“

[Aber bring bitte vorher deine Familie in Sicherheit!].

ID-I-Diagramm

21.09.2016: [Verrohrungsdetails Heizungskeller – ’spannende‘ I-Diagramme]:

“ … Ah spannend, Deine I-Diagramme sind echt gut. Hast Du Dir die Icon-Sprache schon patentieren lassen? …“

29.09.2016: [Fortschritte in der Schlangengrube]:

“ … Bin jetzt mit dem Wärmetauscher fast durch. Die Schläuche und Kabel sind vom Heizkeller zum Eisspeicher verlegt und der Graben ist wieder zu. Der Keller ist wieder zu gemauert (wir sind doch durch die Wand). Die WP und der Kessel sind im Keller …“

ID-Wärmetauscher

03.011.2016: [Die Arbeit hält einen von der Arbeit ab]:

“ … Ich brauche immer etwas länger. Muss ja nebenbei arbeiten gehen 😊. Aber der Bau vom Kollektor hat Spaß gemacht … Wir schließen jetzt die Außenarbeiten ab und basteln dann im Keller weiter 😊 …“

ID-Kollektor

30.11.2016: [Reglerkomponenten]:

„…Das Paket ist angekommen. Ist ein bisschen wie Weihnachten 😉 …“

[Die Weisheit des Alters kommt zu spät]:

„… BTW Opa meint, den 1. Eisspeicher baut man für seinen Feind, den 2. für seinen Freund und erst den 3. für sich selbst. Scheint so, dass er Recht hat … jedenfalls was die Erfahrung anbelangt …“

13.12.2016: [Beim Verkabeln der Regelung wird streng nach Norm vorgegangen]:

„… Habe erstmal nach der „strengen“ Industrienorm „Open Free Scale“ im Keller alles wild verdrahtet, um Ergebnisse zu haben. Winsol ist auch bereits am tun. Cool…“

ID-OpenFreeScale

[Unerklärliche (?) Temperaturabweichung der Eisspeichersensoren]:

„… Wir sind gerade beim Auffüllen des Eisspeichers (ca. bei 30 m³). Interessanterweise sind wir dabei auf eine alle 133,33 Jahre auftretende mysteriöse Temperaturanomalie gestoßen. Oder es haben sich ein paar Erdstrahlen verfangen …“

[Zeitgerechte Öffentlichkeitsarbeit]:

„… aber ich prahle hier schon mal mächtig vor den Kollegen 😉 …“

03.01.2017: [Letzte Vorbereitungen]:

„… Habe über Weihnachten den Keller aufgeräumt und die Anlage an ihren endgültigen Platz verbaut … Also eigentlich müsste ich am Start sein. 🙂 … Das Unternet will ich auch wieder einbinden …“

09.01.2017: [Wärmepumpen-Test]:

“ … so, gestern am 08.01.2017 haben wir unseren ersten Test der WP durchgeführt. Wir haben uns im Anschluss einen Whisky mehr gegönnt (als sonst). Schließlich haben wir vor 1 Jahr mit den Planungen angefangen …“

ID-ErsterWPTest

18.01.2017: [Rüsselpest & Delirium 2]:

“ … Ich pflege gerade meine alljährliche Rüsselpest (zu wenig Eisbaden, aber das kann ja noch kommen, ist ja jetzt gleich um die Ecke) … Habe dann versucht, Hausaufgaben zu machen. Nachdem ich jetzt den Grundkurs in Quantengravitation durch habe und im letzten Kapitel stand, Thermodynamik sei weitestgehend noch unverstanden, und im Grunde ist das relativ, bin ich wieder etwas ruhiger geworden … „

06.02.2017: [Schrittweiser Umstieg]:

„… Ich habe jetzt seit 2 Tagen das Hygienewasser am Laufen. Als nächstes gehen wir an die Einbindung der Heizung ran …“

15.02.2017: [Ein falsch konfigurierter Sensor wird entlarvt]:

„… Die aktuellen Messwerte bestätigen die Hypothese Deines Wissenschaftsoffiziers. Der Controller meldet jetzt ca. 3800 l/h … Aber cool, dass Ihr auf Eurem Holodeck so eine gute Arbeitsmoral habt …“

[Wenn die Sonne scheint]:

“ … Ansonsten sind wir hier gerade sehr zufrieden mit den energetischen Zuständen. 3 Tage Sonne satt, Strom umsonst für alles mit leichtem Überschuss, und der Eisspeicher ist auch wärmer als vorher. Ziemlich cool 😊 …“

26.02.2017: [Jener historische Moment]:

„… wir feiern den Anschluss der Hausheizung. Die Gasuhr steht 😊… Da wir ja nun im Hochenergie-Zeitalter angekommen sind, und daran denken, die Anlage auf eine Umlaufbahn zu schießen, hat Opa die WP schon mal Satelliten-startklar gemacht …“

ID-SatellitenWärmepumpe

27.02.2017: [Ein edler Tropfen zu einem würdigen Anlass]:

„… ein großes Dankeschön für die beste Projektleitung ever. 😊 Ich weiß nicht, welche Whisky-Sorte Du trinkst. Das ist jedenfalls ein Single Malt Speyside …“

ID-SigleMaltSpeyside

Ein Jahr mit LEO_2

Irgendwer hatte ihn oft erlebt diesen Augenblick. Wenn wieder einmal jemand den Fehler gemacht hatte, ihn so etwas ähnliches zu fragen wie:

„Was ist das, dieses LEO_2? Wie funktioniert denn das genau …?“

Wenn er dann begonnen hatte, voller Begeisterung über seine Erfindung zu erzählen, merkte er genau, wie die interessierten Rückfragen recht rasch in einem regelmäßigen

„Mhm. Jo. Mhm … Jo. Jo … Eh …“

verebbten. Und wenn ihn dann die leeren Blicke des Gegenüber mit dieser Mischung aus Langeweile und Unverständinis durchbohrten, wusste Irgendwer genau: da war er wieder dieser Augenblick. Der Moment, besser das Thema zu wechseln, obwohl er gerade erst einmal erklärt hatte, wie eine Wärmepumpe funktionierte und was eine Wärmequelle war.

Aber letztlich hatten ihn gerade solche Momente  zu einem – ja, man konnte durchaus sagen: ‚Kunstwerk‚ – inspiriert.

„Ein Bild sagt mehr als tausend Worte…“

Welch tiefe Weisheit steckte doch in diesem platten Spruch! Aber so sehr sich Irgendwer auch bemüht hatte, es war ihm nicht gelungen, die vielen Gesichter, die LEO_2 im Laufe eines Jahres zeigte, in nur ein Bild zu bannen.

Und so entstand in liebevoller Kleinarbeit ein ganzer Zyklus ‚Die 13 Gesichter von LEO_2‚. Möge er zum Verständnis von LEO_2 beitragen …

Ein Klick auf irgendeines der folgenden Bilder öffnet eine ‚durchklickbare Slide-Show‘ des gesamten Zyklus.

 

Efficiency follows comfort

Obwohl sich der Mai mit ein paar kalten Tagen in sprichwörtlich erfrischender Weise vom durchwegs zu warmen Winter distanzierte, hatte sich LEO_2 inzwischen wieder in den Sommerschlaf begeben. Die Heizkreise standen (fast) still. Nur wenn Warmwasser benötigt wurde, gab LEO_2 mit einem kurzen Pulsschlag noch ein Lebenszeichen von sich.

Herzschlag-LEO_2-Warmwasser

LEO_2 im Sommerbetrieb (Warmwasserbereitung): Der Anstieg der Vorlauftemperatur (rot) zeigt an, wann die Wärmepumpe läuft. Die grün gepunktete Line ist die Temperatur im unteren Bereich des Hygienespeichers.

Genau genommen waren es eigentlich genau zwei Pulsschläge pro Tag, wobei der eine am Nachmittag noch ein wenig kräftiger ausfiel als jener am Vormittag. Und das war nicht zufällig so, sondern das Ergebnis langjähriger Warmwasser-Effizienz-Forschung in Abstimmung mit den Lebensgewohnheiten und Komfortbedürfnissen der Siedler. Immer unter strenger Berücksichtigung des Grundprinzips:

‚Efficiency follows comfort‘

das sich Irgendwer in Anlehnung an das Designprinzip ‚Form follows function‘ zu eigen gemacht hatte.

Denn Effizienz und Komfort mussten sich nicht unbedingt ausschließen. Wenn die Anforderungen an den Komfort einmal festgelegt waren, bot LEO_2 diverse Möglichkeiten, die notwendige Warmwassermenge und Temperatur in möglichst effizienter Weise bereitzustellen:

Warmwassertemperatur. Die Warmwassertemperatur hat bei jedem Wärmepumpensystem einen empfindlichen Einfluss auf die Leistungszahl der Wärmepumpe. Jedes Grad, das das Wasser über die nötige Temperatur hinaus erwärmt wird, senkt die Effizienz ohne zusätzlichen Komfortgewinn.

Temperaturen und Tagesarbeitszahl

Im reinen Warmwasserbetrieb (hellblauer Bereich) steigt die mittlere Vorlauftemperatur der Wärmepumpe auf ca. 47°C, die Soleeintrittstemperatur von ca. 8°C hängt mit der absichtlich begrenzten Eisspeichertemperatur zusammen. Zusammen ergibt das immer noch eine Arbeitszahl für die Warmwasserbereitung von ca. 4.

Eisspeichertemperatur. Neben der Warmwassertemperatur ist die Temperatur der Wärmequelle der zweite Parameter, der die Leistungszahl der Wärmepumpe direkt beeinflusst. Wenn der Kollektor permanent zugeschaltet gewesen wäre, hätte die Eisspeichertemperatur wahrscheinlich schon im April die maximale – nur durch die Einsatzgrenze der Wärmepumpe begrenzte – Marke von 20°C erreicht. Die Siedler setzten aber auf passive Kühlung im Sommer und hatten daher als Kompromiss zwischen Wärmepumpeneffizienz und Kühlvorrat die Temperatur des Eisspeichers mit 8°C begrenzt.

Die Wärmepumpe arbeitete so gesehen also gleichzeitig als Warmwasserbereiter und Eisspeicherkühlung.

Speicherverluste. Je höher die Temperatur des Warmwasserspeichers, umso höher der Verlust der erzeugten Wärme an die unmittelbare Umgebung. Warmes Wasser sollte also möglichst unmittelbar nach der Erzeugung verbraucht werden. Bei längeren Standzeiten ohne Warmwasserentnahme (z.B. über Nacht) sollte die Speichertemperatur nicht unnötig hoch gehalten werden. Daher ist auch das ‚Dahinwärmen‘ des Warmwassers bei einer hohen Speichertemperatur zweifach ineffizient: (1) höhere Speicherverluste und (2) geringere Leistungszahl der Wärmepumpe.

Hygienespeicher

Selbst bei guter Isolierung verliert der Hygienespeicher laufend Energie an die Umgebung: umso mehr, je höher die Warmwassertemperatur.

Photovoltaikstrom. Neuerdings galt es ja noch einen weiteren Aspekt zu berücksichtigen: die Photovoltaikanlage am Dach der Siedlerhütte. Von einem schnöden Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit betrachtet, war es nämlich besonders wichtig, möglichst viel von dem selbst erzeugten Strom auch selbst zu verbrauchen. Die Wärmepumpe sollte daher zu Tageszeiten laufen, zu denen genügend PV-Strom zur Verfügung stand.

PV-Anlage-Leistung-Tageszeit

PV-Leistung an einem sonnigen Tag im Mai. Für die Warmwasserbereitung benötigt die Wärmepumpe der Siedler etwas mehr als 2 kW. Daraus ergibt sich das eingezeichnete Zeitfenster für den Betrieb der Wärmepumpe.

Zeitprogramm. Aus diesen Überlegungen hatte sich das folgende recht einfache Zeitprogramm für die Warmwasserbereitung ergeben, das den sommerlichen Pulsschlag von LEO_2 erklärte:

  • 09:00 – 10:00: Zeitfenster für Aufheizen auf 47°C (reduzierter Warmwasserbedarf über den Tag)
  • 16:00 – 17:00: Zeitfenster für Aufheizen auf 50°C (Vorbereitung für eine genussvolle Siedlerdusche nach vollbrachtem Tagwerk)

Und für Abweichungen vom geregelten Siedler-Alltag gab es – Danke, UVR1611! – ja immer noch einen Knopf in der Regelung ‚Einmaliges Laden starten‚, mit dem der Hygienespeicher jederzeit kurzfristig auf die gewünschte Temperatur erwärmt werden konnte …

UVR1611-Einmaliges Laden

Wenn alle Stricke reißen: Einmaliges Laden starten.

Das Besondere an LEO_2: (3) Ein Multitalent

Als Irgendwer LEO_2 ausgetüftelt und weiter entwickelt hatte, war es ihm besonders wichtig gewesen, mehrfachen Nutzen aus der Anlage zu ziehen. Oder anders gesagt: möglichst viel für das investierte Geld zurückzubekommen …

Das Heizen der Siedelerhütte benötigt mit ca. 75% den Großteil der jährlichen Wärmeenergie. Diesen Wärmebedarf kann LEO_2 mit einer hohen Jahresarbeitszahl jenseits von 4 sehr effizient abdecken und damit die Heizkosten wesentlich senken.

LEO_2: Modus 'Heizen mit Kollektor'

LEO_2 im Heizmodus: Die Wärmepumpe (1) beheizt den Pufferspeicher (7), der seinerseits die Heizkreise versorgt. Als Wärmequelle werden Kollektor (4) und Wassertank / Eisspeicher (3) genutzt, die in Serie von der Sole durchlaufen werden. Bei sehr niedrigen Außentemperaturen, kann mit dem automatischen Umschaltventil (5) der Kollektor weggeschaltet werden.

Auch die Warmwasserbereitung übernimmt LEO_2. Das Speichervolumen eines Hygienespeichers, das mit Heizungswasser gefüllt ist, wird direkt beheizt. Dadurch bleibt die Vorlauftemperatur mit ca. 50°C möglichst niedrig und die Wärmepumpe möglichst effizient. Da das Leitungswasser im Durchfluss erwärmt wird, ist eine energiefressende Legionellenbehandlung (Aufheizen auf ca. 70°C) nicht erforderlich.

LEO_2: Modus 'Warmwasser ohne Kollektor'

Zur Warmwasserbereitung wird der Wärmepumpenvorlauf über ein automatisches 3-Wege Ventil in den Hygienespeicher (6) umgeleitet. Das Leitungswasser durchfließt einen großflächigen Edelstahlwärmetauscher in diesem Speicher und wird dadurch effektiv und hygienisch erwärmt. Die Wärmequelle wird genauso genutzt, wie für die Heizung. Im Bild ist der Kollektor weggeschaltet.

Noch effizienter wird die Warmwasserbereitung im Sommer und in der Übergangszeit, weil dann bei einer hohen Wärmequellentemperatur (bis zu der von der Wärmepumpe bestimmten Einsatzgrenze von 20°C) die Arbeitszahl der Wärmepumpe auch im Warmwassermodus deutlich über 4 liegt.

Eine eigene Solaranlage für die Warmwasserbereitung wird dadurch überflüssig.

Während andere Heizungsanlagen im Sommer stillstehen, übernimmt LEO_2 in dieser Jahreszeit neben der Warmwasserbereitung auch das Kühlen.

LEO_2: Modus 'Kühlen mit gleichzeitiger Warmwasserbereitung'

Im Kühlmodus wird der Solekreis über ein automatisches 3-Wege Ventil (9) durch einen Wärmetauscher im Pufferspeicher (7) geleitet, der dadurch abkühlt. Der Heizkreis wird zum Kühlkreis. Wenn die Wärmepumpe (1) gleichzeitig läuft um Warmwasser zu erzeugen, wird die Sole zusätzlich abgekühlt und damit der Kühleffekt noch verstärkt.

Nach der Heizperiode ist der Wassertank / Eisspeicher kalt. Die Erwärmung des Eisspeichers über den Kollektor wird durch die Regelung so kontrolliert, dass die Wärmequellenentemperatur hoch genug für eine effiziente Warmwasserbereitung ist, aber trotzdem noch genügend Kühlreserve bleibt.

Die Wirtschaftlichkeit der Anlage wird weiter verbessert, wenn man die Anlagenkomponenten ‚Kollektor‚ und ‚Eisspeicher‚ nicht nur als Wärme- / Kältequelle sondern zusätzlich noch für andere Zwecke nutzt.

Länge und Breite sowie die Montageart des Kollektors  sind sehr flexibel wählbar, sodass er z.B. auch die Aufgabe eines Zauns, Geländers und/oder Sichtschutzes übernehmen kann.

Kollektor: Geländer und Sichtschutz

Mehrfachnutzen des Kollektors als Terrassengeländer / Sichtschutz.

Der Eisspeicher kann zusätzlich auch als Regenwasserspeicher genutzt werden. Umgekehrt können bestehende Hohlräume, wie alte Erdkeller oder Güllegruben zum Eisspeicher umgebaut werden.

Ingenieurspoesie – Fehler in der Matrix

Eine wissenschaftliche Analyse ist überfällig: die Suchbegriffe, mit denen verwirrte Internet-Surfer auf punktwissen.wordpress.com gelangen, müssen penibel analysiert werden.

Die Hitliste der Begriffe wird eindeutig angeführt vom unschlagbaren Duo der Energiespeicher – dem Eisspeicher und dem Hygienespeicher.

Allerdings finden sich unter den Suchbegriffen auch einige Fragen und Bemerkungen eher philosophischer Natur. Zur Freude der Siedler werden diese Fragen aber von anderen Suchern bereits beantwortet – und das noch dazu in quasi poetischer Form.

Zur Erstellung des folgenden Suchbegriffsgedichtes wurden folgende Regeln angewendet:

  • Alle Zeilen stammen aus der WordPress-Statistik der Suchbegriffe.
  • Es dürfen nur zusammenhängende Phrasen aus Suchbegriffen entnommen werden; die Begriffe dürfen nicht editiert werden – das gilt auch für Tippfehler.
  • Suchbegriffe dürfen nicht bereits im letzten derartigen Gedicht verwendet worden sein.

Im Sinne eines multimedialen Gesamtkunstwerks werden die Suchbegriffe mit kürzlich gefunden Fehlern in der Matrix verbrämt.

siedler gedicht
wärmequellen gedicht

jetzt du
kolektor zeichnung selbst gemacht
selbstgebaute warmwasserkollektor
was wären die großen erfolge ohne die kleinen

Symbiose
allen beifall gewinnt, wer das nützliche unter das angenehme mischt //
dadurch, dass er den leser ebenso erfreut wie ermahnt

Fehler in der Matrix: Tomate und Kollektor

Tomaten der überaus ertragreichen Sorte ‚Dattelwein‘ wurden in der Kollektor-Matrix gefangen. Die typische Form eines Ellipsoids mit birnenförmiger Ausbuchtung wird ergänzt um die ebenfalls typischen Abplattungen mit dem charakteristischen Muster der (Wärmeübergang verbessernden) Rillen des Kollektors. Zur Vorgeschichte – Wie kommt die Tomate in/auf den Kollektor?

was halten sie von luft wärmepumpe
elektrische föhnheizung
smartgrid thriller

wie wird das abtauen berücksichtigt
wärmepumpe durchlaufen lassen
heizspirale rohrschlange
dampfkraftwerk

definition punktwissen
rastlose tüftler

regenwürmer gefährdung was tun
elektrischer regenwurm Sammler
leiseste Wärmepumpe
symbiose clownfisch
Training

energiespeicher letzte erfindung
wärmepumpe im erdkeller

was kann man für die wärmepumpe als hintergrund gestalten
tomaten am spalier

Fehler in der Matrix: Tomate und Kollektor

Auch die Tomaten der Sorte ‚Green Zebra‘ können der Anziehungskraft des Kollektors nicht entkommen. Zu beachten: Wenn der Tank während des Kühlbetriebs durch den Kollektor gekühlt wird, werden die Zwischen-Kollektor-Rohr-Tomaten beheizt, was sich wahrscheinlich positiv auf das Wachstum auswirkt.

optimaler ort zum siedeln nach horaz
strohhütte in sibirien
siedlern in den USA

warum keine solaranlage
unerwünschte konvektion
die auswirkungen des chinookwindes auf die natur

Fehler in der Matrix: Tomate und Kollektor

Wobei das ja nicht ganz stimmt – der Kollektor ist ja eine ‚Solaranlage‘. Werbepause nach dem Schock über eine gefangene Black-Plum-Tomate (Hier noch nicht ‚black‘): Wir empfehlen insbesondere die Variante ‚Grillplatzerl‘.

wie viel meter rohr kommt im eisspeicher?
rohrwärmetauscher berechnung selber bauen

wie funktioniert eine wärmekraftmaschine ??
begehbarer holzhaufen

frühling ist alle monty python

Fehler in der Matrix: Tomate und Kollektor

Die Kühlbilanz eines heißen Sommers

Das war ein außergewöhnlicher Sommer gewesen, angeblich der sechstheißeste seit Beginn der Wetteraufzeichnungen.

Sonnenblumen

Doch inzwischen hielt der Herbst schön langsam wieder Einzug in z-village: Die Nächte wurden frischer, die Tomatenernte fiel von Tag zu Tag kläglicher aus, und das ferne Kreischen einer Kreissäge zeigte an, dass die Siedler von z-village schon wieder fleißig die Holzvorräte für den Winter einlagerten…

Irgendwer war wirklich froh, die Erfindung vor diesem Sommer in Betrieb genommen zu haben, denn ohne die Kühlfunktion wäre er wohl zeitweise gehörig ins Schwitzen geraten.

Sommerbetrieb LEO_2

Sommerbetrieb LEO_2: Zur Kühlung der Siedlerhütte wird der Solekreislauf über den Wassertank (3) gekühlt und durch den Pufferspeicher (7) geleitet. Damit wird das Wasser des Heizkreises gekühlt, der dadurch zum Kühlkreis wird. Wenn die Wärmepumpe (1) gleichzeitig den Hygienespeicher (6) erhitzt, wird die Sole und damit der Pufferspeicher zusätzlich gekühlt.

Im Sommer hatte die Erfindung ja zwei Aufgaben zu erfüllen:

Für die (1) Warmwasserbereitung sollte die Temperatur im Wassertank möglichst hoch sein, um eine hohe Wärmepumpen-Arbeitszahl und damit geringe Stromkosten zu erreichen.

Um genügend Kühlreserve für die (2) passive Kühlung der Siedlerhütte zu haben, durfte die Temperatur im Wassertank aber nicht zu hoch werden.

Um diese knifflige Aufgabe zu lösen, hatte Irgendwer zunächst die Maximaltemperatur des Wassertanks als einstellbaren Parameter in die Regelung eingebaut. Sobald der Wassertank diese Temperatur überschritt, wurde der Kollektor als Wärmequelle ausgeschaltet. Mehr noch, er wurde sogar zur Kühlung des Wassertanks benutzt, wenn die (nächtlichen) Außentemperaturen unter die Temperatur im Wassertank sanken.

Tankkühlung über den Kollektor

Nutzung des Kollektors zum Kühlen des Wassertanks. Dadurch kann die Kühlkapazität während kühler Nächte und Kaltwetterperioden wieder aufgeladen werden.

Zusätzlich musste Irgendwer seinen begrenzten Kühlvorrat mit Bedacht nutzen. Dazu schaltete die Regelung erst dann in den Kühlmodus, wenn die Raumtemperatur eine einstellbare Grenztemperatur (z.B. 24°C) überschritt. Außerdem sorgte eine Zeitschaltuhr in der Regelung dafür, dass die Kühlung während der kühleren Nachstunden deaktiviert wurde, wenn die Fenster zur Lüftung weit geöffnet waren.

Für den Sommer 2013 hatte das folgendermaßen ausgesehen:

Temperaturen & Passive Kühlung 2013

(1) Nach einem hartnäckigen Winter steigt Mitte April aufgrund hoher Kollektorernten die Tanktemperatur rasch auf den eingestellten Maximalwert von 14°C.
(2) Erste Hitzeperiode Anfang Juni. In der nachfolgenden kühlen Wetterphase wird der Tank wieder aktiv über den Kollektor abgekühlt.
(3) Zwei Hitzewellen folgen mit kurzem Abstand direkt hintereinander. Dadurch steigt die Tanktemperatur auf 20°C.
(4) Ende August (Ende der Kühlperiode) wird die Maximaltemperatur des Tanks auf 20°C angehoben (‚Einlagerung‘ des Wärmevorrates für die Heizperiode beginnt).

Aufgrund der relativ hohen Temperaturen im Wassertank hatte Irgendwer für die Warmwasserbereitung in den Sommermonaten (Zeitraum Ende April bis Anfang September) eine ganz respektable Arbeitszahl von 4,6 erreicht.

Der Kollektor war in den Sommermonaten praktisch nur zur Kühlung des Wassertanks aktiv.

Während des Kühlbetriebes waren aus dem Obergeschoß insgesamt ca. 400 kWh an Wärmeenergie abgeführt (‚weggekühlt‘) worden.

Da der Kühlvorrat gegen Ende der Hitzeperioden jedoch ziemlich erschöpft war, war auch die Strategie für das nächste Jahr schon vorgegeben: nämlich die maximale Tanktemperatur auf Kosten der Arbeitszahl um einige Grade nach unten zu verschieben, dafür aber mehr Spielraum für die passive Kühlung zu haben …

Die Erfindung: Erste Bilanz

Dieser Winter war von der interessanteren Sorte gewesen, wobei es nach wie vor unsicher war, ob er überhaupt schon der Vergangenheit angehörte oder ob er es sich zur Aufgabe gemacht hatte, den Frühling so lange zu piesacken, bis ihm sein größerer Bruder, der Sommer, endlich zur Hilfe kam…

Zeit für einen Rückblick auf die Performance der Erfindung in den vergangenen 5 Monaten (30.10.2012 bis 31.03.2013) oder 3.672 Stunden:

Die Erfindung: Wärmepumpensystem LEO_2

Die Erfindung: Wärmepumpensystem LEO_2

Die Siedlerhütte hatte in diesem Zeitraum 14.888 kWh Wärmeenergie verbraucht, wobei ca. 85% für Heizung und die restlichen 15% für das Warmwasser verwendet worden waren.

Energieverbrauch für Heizung und Warmwasser

Zeitlicher Verlauf des Energieverbrauchs für Heizung (ROT) und Warmwasser (ORANGE). Der tägliche Verbrauch ist jeweils punktiert, der Gesamtverbrauch durchgezogen dargestellt.

Dafür war die Wärmepumpe, die alleine (monovalent) diese Energie aufgebracht hatte, 1.932 Stunden (53% der gesamten Zeit) gelaufen, hatte dabei 3.495 kWh elektrische Energie verbraucht und der Umwelt über Kollektor und Tank insgesamt 11.393 kWh entzogen.

Die Solepumpe war 2.420 Stunden (oder 66% der gesamten Zeit) in Betrieb gewesen, hatte dabei fast 3 Millionen Liter Sole befördert und dafür nur(!) 38 kWh Strom verbraucht.

Kollektorernte

Energie, die über den Schlauchkollektor aus der Umwelt gewonnen wurde: pro Tag (punktiert) und insgesamt über den Beobachtungszeitraum (durchgezogen).

Der Kollektor war 2.152 Stunden (59% der gesamten Zeit) in den Solekreis eingebunden und hatte dabei 9.230 kWh Umweltenergie aus Luft und Sonne geerntet. Das waren durchschnittlich ca. 60 kWh pro Tag  und insgesamt ca.80% der für die Wärmepumpe benötigten Umweltenergie.

Die restlichen 20% Umweltenergie hatte der Wassertank und das umgebende Erdreich beigetragen. Das Eis im Tank (‚Eisspeicher‘) war zwar inzwischen wieder vollständig geschmolzen, durch den hartnäckigen Winter (oder den schwächelnden Frühling) lagen die aktuellen Temperaturen im Wassertank aber nur knapp über der Eisgrenze.

Energiespeicher Wassertank ('Eisspeicher')

Energievorrat im Wassertank (oder ‚Eisspeicher‘). Während der gesamten Heizperiode war der Energievorrat nie unter 70% (oder 1.850 kWh) abgesunken.

Die Jahresarbeitszahl (bezogen auf den bisherigen Beobachtungszeitraum von 5 Monaten der Kernheizperiode) betrug somit unter Berücksichtigung von Wärmepumpe und Solepumpe 4,2. – Nicht schlecht für einen sanierten Altbau, der zum Teil noch mit Flachheizkörpern beheizt wurde…

Arbeitszahl

Arbeitszahl für den kombinierten Heizungs- und Warmwasserbetrieb (GRÜN) und für den Warmwasserbetrieb alleine (ORANGE).
Die aktuelle Arbeitszahl (gepunktete Linie) wurde über ein Messintervall von ca. 1 Tag bestimmt, die kumulierte Arbeitszahl ist der Mittelwert über die bisherige Messdauer.

Schlüssel für diese hohe Jahresarbeitszahl waren:

  • optimierte, auf die Siedler abgestimmte, Raumtemperatur (21°C) und Warmwassertemperatur (49°C)
  • eine spezielle Regelungsstrategie und optimierte Reglerparameter für die Reduktion der Vorlauftemperatur auf durchschnittlich 35,4°C (Flachheizkörper)
  • Warmwasserbereitung mittels Hygienespeicher und einer maximalen Vorlauftemperatur von ca. 51°C
  • relativ hohe mittlere Sole-Eintrittstemperatur in die Wärmepumpe von 2,3°C
Temperaturen und Eisverlauf

Zeitlicher Verlauf verschiedener für den Anlagenbetrieb relevanter Temperaturen.
Die Vorlauftemperatur ist durch den Heizkreis mit Flachheizkörpern im Erdgeschoß bestimmt.
Zusätzlich ist der zeitliche Verlauf der Eisbildung im Wassertank dargestellt (gesamter Tankinhalt sind ca. 25 m3).

Bisher waren an Stromkosten für Wärmepumpe und Solepumpe 614 € angefallen, was im Vergleich zum früher verwendeten Gas-Brennwert-Gerät einer Heizkosten-Ersparnis von 45% entsprach.

Kosten und Ersparnis

Die Stromkosten für Wärmepumpe und Solepumpe (ROT) werden mit den theoretischen Kosten für die Gasheizung (BLAU punktiert) verglichen. Aus der Differenz ergibt sich die Ersparnis (GRÜN).
Die rot gepunktete Linie zeigt die Stromkosten für die Gesamte Heizungsanlage (inkl. 2 Heizkreispumpen).

Und der Umwelt waren in diesen 5 Monaten auch 2.978 kg CO2 erspart geblieben …

Weiterführender Link: Details und aktuelle Messdaten zu dieser Wärmepumpenanlage