Die Bedürfnispyramide des Eisspeichers

Die Datenkrake hat eine ältere Schwester, der bisher noch nicht gefeatured wurde in unseren Internet-Postillen. Bevor die Siedler sich daran wagten, ihren Erdkeller in einen Eisspeicher umzufunktionieren, haben sie eine Orakelkrake gezüchtet – das Orkrakel: eine Simulation des zukünftigen Wärmepumpensystems. Das Orkrakel mutierte mehrfach: Heute ernährt es sich von realen Wetterdaten, ahmt die schlaue Regelung und die dumme Wärmepumpe nach, löst die Wärmeleitungsgleichung für den Boden und führt penibel – in 1-Minuten-Schritten – Buch über den Energieinhalt aller Tanks .

Als echter Geek und Theoretiker kann sich das Elkement hier in Details verlieren. Bei jeder Änderung der Eingangsparameter steigt der Adrenalinspiegel: Wie hoch wird Peak Ice sein? Reicht die Größe des geplanten Tanks aus?

Besonders spannend ist die ‚Sensitivitätsanalyse‘: Worauf reagiert die Orakelkrake besonders heftig? Ihr Energiestoffwechsel scheint tatsächlich filigran zu sein: Kaum dreht man ‚ein bisschen‘ an der Schraube der thermischen Eigenschaften des Bodens oder an der Kollektor-‚Stärke‘ wächst das Eis scheinbar unverhältnismäßig. Wie immer ist es gut, dann einen Schritt zurückzutreten: Tatsächlich lässt sich dies mit Volksschulmathematik auch schon zeigen, ganz ohne Differenzialgleichungen.

Der Beitrag von Kollektor und Boden hängt allerdings u.a. ab von der Steuerungslogik, der Hydraulik, der Form des Tanks und den Wärmeübertragungseigenschaften von Kollektors und Boden. Was man daher wissen muss für den Buchhalter-Ansatz, ist die mittlere Energieausbeute des Kollektors und des Bodens – aus Simulationen oder durch belastbares Zahlenmaterial aus Messungen.

Wie die Siedler nicht müde werden zu betonen, liefert der Kollektor den Löwenanteil der Entzugsenergie der Wärmepumpe – auch in den Eismonaten Dez/Jan/Feb. Der Rest kommt aus dem Boden oder wird dem gefrierenden Wasser im Tank entzogen.

Dann lässt sich so ein Bildchen zeichnen:

Eisspeiche: Bedürfnispyramide - Umweltenergie in den Eismonaten

(Geistreiche Analogien zur Psychologie bitte hier einsetzen)

Am Beispiel einiger typischer Zahlen lässt sich das Eiswachstum illustrieren:

  • Ein quaderförmiger Tank fasst 23 m3
  • Benötigte Umweltenergie für Dez/Jan/Feb: ~7000kWh
    (Das entspricht ca. 9330kWh Heizenergie bei einer Arbeitszahl von 4)
  • ‚Standard‘ Szenario: Der Kollektor liefert 75% der Umweltenergie, die Erde ca. 18%.
  • Schlechtere‘ Szenarien: Kollektorenergie oder Erdenergie oder beide werden um 25% gegenüber dem Standardwert verringert.

Die drei Quellen – Luft/Sonne, Boden und Eis – müssen zusammen die Umweltenergie bereitstellen:

Beiträge zur Umweltenergie in den Eismonaten - Szenarien

Die Energie, die im Eis steckt ist nur der Lückenfüller: Je schlechter Boden und Kollektor ‚performen‘ umso mehr Wasser muss gefroren werden. Liefert der Kollektor ’nur ein bisschen‘ weniger Energie als ’normal‘, ist dieses bisschen von z.B. wenigen 100 kWh nicht vernächlassigbar gegenüber dem Energieinhalt des Eisspeichers.

Das Eis ist nur die Spitze des Energieeisberges!

… in diesem Luft-Erd-Eis-Wärmepumpensystem.

Erde, Luft, Wasser und Eis – wozu das alles?

Jahrelang kämpften die Siedler mit der einen großen Herausforderung des Eisspeicher-Journalismus. Wie stellt man am besten dar, wie das Zusammenspiel von Kollektor und Eisspeicher funktioniert? Wie beantwortet man solche Fragen:

Was bringt der Kollektor eigentlich?

oder

Wozu braucht man den Kollektor überhaupt, wenn die Arbeitszahl während einer Eisspeicher-Challenge ohne Kollektor eh nicht so stark absinkt?

und vor allem

Wie groß ist eigentlich der Beitrag der Erde?

Kann hier die Datenkrake helfen, besser darzustellen, was im Lauf einer Heizsaison passiert?

Aus dem Eisvolumen und der aktuellen Tanktemperatur wird der Energievorrat im Tank berechnet. Die Energie im Tank ändert sich vor allem dadurch …

  1. dass aus dem Tank laufend Energie durch den Wärmetauscher entnommen (Wärmepumpenbetrieb) oder zugeführt (Kollektor) wird.
  2. und dass über die Wand und den Boden des Tanks Wärme mit der Umgebung ausgetauscht wird.

Der Beitrag der Erde kann aus Eisvolumen, Tanktemperatur und der gemessenen Wärmetauscher-Energie berechnet werden. Ergo:

Vorratsänderung (Eis, Wasser) = Energie Tankwärmetauscher + Energie Erde

In stundenlangen Sitzungen von Forschungs- und Ingenieursabteilungen wurden dabei folgende Definitionen für die Vorzeichen dieser Beiträge festgelegt:

Energiequellen, -austausch, -vorrat - Vorzeichenfestlegungen

Wenn der Kollektor aktiv ist, sind drei Wärmetauscher in Serie geschaltet: Der Kollektor, der Wärmetauscher im Tank und der Verdampfer der Wärmepumpe. Die Wärmepumpe entnimmt ihre Entzugsenergie entweder nur aus dem Eisspeicher (wenn der Kollektor weggeschaltet ist) oder aus der kombinierten Quelle gebildet aus Kollektor und Tank.

In den folgenden Diagrammen für die ‚Eisspeicher-Challenge-Saison‘ 2014-2015 werden Entzugsenergie, Kollektorernte, Energiefluss über den Tank-Wärmetauscher, Beitrag der Erde und die Änderung des Eis-/Wasser-Energievorrats gegenübergestellt.

Saison 2014-2015: Monatsbilanzen: Energiequellen, -austausch, -vorrat

Von September bis Jänner steigt die benötigte Entzugsenergie – aber auch der Kollektorbeitrag! Je länger die Wärmepumpe gleichzeitig mit dem Kollektor läuft und je kälter der Tank im Vergleich zur Luft ist, umso mehr Energie kann geerntet werden. In einer typischen Saison deckt der Kollektor in den Eismonaten Dez / Jan / Feb ca. 75% der benötigten Entzugsenergie ab – aber nur in Zusammenspiel mit dem Eisspeicher!

Am Anfang der Saison 2014/15 – solange sich noch kein Eis gebildet hat – folgen die Tanktemperatur und die Soleeintrittstemperatur ungefähr der Außentemperatur. Ende November ist die Außentemperatur aber schnell gesunken – damit kann über den Kollektor aus der vergleichsweise kalten Luft wenig in den noch warmen Tank geerntet werden. Daher wird der Eis-Wasser-Vorrat angezapft und die Erde beginnt zu liefern.

2014-09-01 - 2015-05-15: Temperaturen und Eisbildung

2014-09-01 - 2015-05-15: Tagesbilanzen: Energiequellen, -austausch, -vorrat Am 10.1.2015 konnte dank des Wintersturms Felix extrem viel Kollektorenergie geerntet werden.

Erst nach Abschalten des Kollektors mit Anfang Februar (‚Eisspeicher-Challenge‚), ändert sich der Vorrat beim Vereisen deutlich.

Da der Kollektorbeitrag im Februar gleich Null ist, entspricht der Energieaustausch über den Tank-Wärmetauscher genau der Entzugsenergie. Die Erde liefert dann ca. ein Drittel der Entzugsenergie.

Mitte März startet der Auftauvorgang: Der Kollektor kann aufgrund der konstant auf 0°C bleibenden Tanktemperatur viel ernten und der Tankvorrat wird schlagartig wieder aufgepumpt. Der Energieaustausch mit der Erde ist sehr klein, während der Wärmefluss über den Tankwärmetauscher fast gleich der Vorratsänderung ist.

Anfang Mai startet der Sommerbetrieb: der Kollektor ist aus, um den Tank solange wie möglich auf 8°C zu halten – was zu einem kleinen Wärmefluss der schon warmen Erde in den Tank führt.

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.

 

Die Eisspeicher-Challenge: Tag 68

„Wie gewonnen so zerronnen…“

Im wahrsten Sinne des Wortes war der Eiswürfel inzwischen wieder vollständig dahingeschmolzen. Wobei – genau genommen – das Auftauen nur etwa halb soviel Zeit wie das Gefrieren in Anspruch genommen hatte.

Eisspeicher-Challenge: Eisvolumen und Energievorrat

Zeitlicher Verlauf des Eisvolumes und des entsprechenden verbleibenden Energievorrates im Eisspeicher.

Kaum hatte Irgendwer den Kollektor wieder zugeschaltet, war die Solepumpe fast pausenlos gelaufen, um Umweltenergie über den Kollektor in den Eisspeicher zu pumpen. Während durch das Schmelzen von Eis zu Wasser der Wasserspiegel in den eisfreien Bereichen rasch wieder sank, wurde der obere Teil des ‚Eiswürfels‘ sichtbar und erhob sich wie eine Klippe über das Eismeer.

Eisklippe-im-Eisspeicher

Der Eiswürfel war nicht wirklich ein Würfel, sondern ein bizarres Gebilde, das durch den Verlauf der Wärmetauscherschläuche im Eisspeicher bestimmt war. Nur das oberste Ende wurde durch den sinkenden Wasserspiegel erkennbar …

Obwohl zu dieser Jahreszeit immer noch Umweltenergie für das Heizen der Siedlerhütte benötigt wurde, blieb von der Kollektorernte trotzdem mehr als genug, um das Eis rasch wieder aufzutauen.

Eisspeicher-Challenge: Kollektorernte und Heizwärmebedarf

Beim Auftauen des vereisten Eisspeichers arbeitete der Kollektor besonders effektiv: (1) konnte der Eisspeicher durch das schmelzende Eis extrem viel Energie aufnehmen und (2) war die Soletemperatur ausreichend gering, sodass auch bei niedrigen Außentemperaturen viel Umweltenergie geerntet werden konnte.

Was Irgendwen zusätzlich begeisterte, war die Sole-Eintrittstemperatur in die Wärmepumpe. Diese war während der Gefrier-Phase kontinuierlich gesunken, aber mit dem Zuschalten des Kollektors sofort wieder sprunghaft angestiegen – und damit die Arbeitszahl der Wärmepumpe.

Eisspeicher-Challenge: Soletemperatur und Arbeitszahl

Mit dem Beginn der Auftauphase stieg die Eintrittstemperatur der Sole in die Wärmepumpe (und damit die Arbeitszahl) sprunghaft an, obwohl der Eisspeicher noch zu einem großen Teil vereist war.

Denn der besondere Verlauf des Solekreises von LEO_2, der vom Kollektor zuerst in den Eisspeicher und dann in die Wärmepumpe führte, nutzte die Umweltenergie optimal aus:

  • mit erster Priorität wurde durch das Schmelzen des Eises der Energievorrat und damit die Reichweite des Eisspeichers erhöht
  • danach war die Sole immer noch ‚warm‘ genug, um die Arbeitszahl der Wärmepumpe deutlich zu erhöhen.
Packeis im Eisspeicher

Eisspeicher-on-the-Rocks: Während der letzten Eistage trieben Eisschollen und Eisberge im Eisspeicher. Pinguine oder Eisbären wurden aber keine gesichtet …

Die Eisspeicher-Challenge in Zahlen:

  • Kollektor AUS (Beginn ‚Eiswürfelbildung‘): 01.02.2015
  • Dauer ‚Eiswürfelbildung‘: 46 Tage
  • Entzugsenergie während der ‚Eiswürfelbildung‘: ca. 2.860 kWh, davon
    • ca. 1.400 kWh aus dem Gefrieren von ca.15 m3 Wasser (latente Wärme)
    • ca. 1.460 kWh aus Abkühlung / Gefrieren der Eisspeicherumgebung
  • Maximales Eisvolumen: 16,5 m3 (entspricht 15 m3 Wasser)
  • Beginn ‚Auftauen‘: 19.03.2015
  • Dauer ‚Auftauen‘: 22 Tage
  • Kollektorernte während ‚Auftauen‘: ca. 2.685 kWh, davon:
    • ca. 1.125 kWh direkt verheizt (= Entzugsenergie während ‚Auftauen‘):
    • ca. 1.400 kWh zum Schmelzen des Eiswürfels (latente Wärme)
    • ca. 160 kWh zur Erwärmung von Eisspeicher (+ Umgebung)
  • Ende ‚Auftauen‘: 09.04.2015

— ENDE —

Die Eisspeicher-Challenge: Tag 46

Geduld alleine war offensichtlich nicht genug gewesen…

Denn vor einigen Tagen hatte der Eiswürfel im Eisspeicher scheinbar beschlossen, nicht mehr zu wachsen! Und das, obwohl die Siedlerhütte unverändert beheizt wurde und sich immer noch flüssiges Wasser im Eisspeicher befand!

Füllstandsmesser

Über diesen einfachen, aber robusten und hinreichend genauen Füllstandsmesser bestimmte Irgendwer den Wasserstand im Eisspeicher.

Stirnrunzelnd hatte Irgendwer die Füllstandsanzeige immer und immer wieder kontrolliert. Denn diese war der Indikator für die Eismenge, die sich im Eisspeicher gebildet hatte. Eis hat ein um ca. 10% größeres Volumen, als die entsprechende Wassermenge. Da das Eis rund um die fixierten Wärmetauscherrohre wächst und nicht ’schwimmt‘, wurde beim Gefrieren das noch flüssige Wasser über die eisfreien Bereiche nach oben verdrängt und ließ den Wasserspiegel im Eisspeicher proportional zur Zunahme des Eisvolumens steigen.

Eisspeicher-Challenge: Stagnation der Eisbildung

Über mehrere Tage hinweg hatte Irgendwer den Wasserstand im Eisspeicher immer wieder überprüft. Kein Zweifel: Eiswachstum und Soletemperatur stagnierten …

Da die Wärmepumpe unbeeindruckt von den Ereignissen im Eisspeicher mit etwa dem gleichen mittleren Energiebedarf weitergelaufen war, musste die Umweltenergie ja von irgendwo her gekommen sein:

  • jedenfalls nicht aus dem Kollektor: der war ja immer noch abgeschaltet
  • auch nicht aus dem Gefrieren von Eis im Eisspeicher: da hätte der Wasserspiegel steigen müssen
  • blieb nach dem Ausschlussprinzip nur noch das Erdreich, das den Eisspeicher umgab

Aber auch bei letzterem musste sich etwas geändert haben, denn der Wärmestrom aus dem Erdreich musste – im Vergleich zu der Situation vor der Stagnation der Eisbildung – zugenommen haben.

Eisspeicher-Challenge: Bodentemperaturen

Während im unbelasteten Boden (weit genug vom Eisspeicher entfernt) die Bodentemperaturen seit Mitte Februar bereits wieder im Steigen begriffen waren, sank die Temperatur in unmittelbare Nähe des Eisspeichers weiter ab…

Hier musste Irgendwer mit dem Wissenschaftsoffizier – dem Elkement – Rücksprache halten. Bis spät in die Nacht wurde über ‚Bodentemperaturen‘, ‚Temperaturgradienten‘, ‚Thermische Diffusivität‘, ‚Latente Wärme‘ und ‚Wärmeleitfähigkeit‘ diskutiert, bis die Tüftler schließlich folgende Theorie entwickelt hatten:

Das Eis um die Wärmetauscherschläuche war inzwischen zu einem kompakten Eisblock – dem lang ersehnten Eiswürfel – zusammengewachsen, der direkten Kontakt zum Boden und zu zwei Wänden des Eisspeichers hatte.

  • Durch das Zusammenwachsen hatte sich die Oberfläche zwischen Eis und Wasser verkleinert. Damit musste die gleiche Entzugsenergie durch eine geringere Oberfläche transportiert werden. Das war nur möglich, wenn die Soletemperatur sank – was auch in den Messdaten erkennbar war.
  • Sobald der wachsende Eiswürfel die Eisspeicherwand berührte, begann auch dort die Temperatur zu sinken. Dadurch entstand eine größere Temperaturdifferenz zum umgebenden Erdboden – wodurch der Wärmetransport von der Erde in den Eisspeicher dort effizienter ablief.
  • Dadurch musste es auch außerhalb des Eisspeichers zu einer Vereisung des Wassers im Bodens gekommen sein – wodurch zusätzliche latente Wärme genutzt wurde.

Zusammengefasst wurde der Eisspeicher um einen Eisbereich im umgebenden Erdboden erweitert. Und momentan war es offensichtlich effizienter, die notwendige Entzugsenergie von dort zu beziehen.

So schwierig hatte sich Irgendwer das auch nicht vorgestellt, einen einfachen Eiswürfel zu produzieren. Vor allem hatte er nicht damit gerechnet, dass sich der Eisspeicher zuerst durch den Selbstschutz-Mechanismus und dann auch noch durch den zusätzlichen Energiegewinn aus der Umgebung so tapfer zur Wehr setzte.

Wie auch immer, 15m3 Eisvolumen war ab jetzt seine persönliche Bestmarke. Die musste ihm in Pannonien erst einmal jemand nachmachen!

Und weil Irgendwer wenig Lust hatte, jeden Tag denselben Wasserstand abzulesen, entschloss er sich nach 46 Tagen ohne Kollektorernte am 18.03.2015 um 23:50 die letzte Phase der Eisspeicher-Challenge einzuleiten: das Wiederauftauen

Fortsetzung folgt …

Die Eisspeicher-Challenge: Tag 35

Irgendwessen Geduld wurde auf eine harte Probe gestellt.

Zwar faszinierten ihn die Eisformationen, die sich im Eisspeicher bildeten und an die Dachstein-Rieseneishöhle erinnerten. Aber der tägliche Eiszuwachs war mit aktuell ca. 0,3 m3 pro Tag nicht berauschend und tendenziell im Sinken begriffen.

Eisformationen-im-Eisspeicher

Eisberge im Eisspeicher! Bei starkem Regen sickerte etwas Regenwasser von oben in den ehemaligen Erdkeller, der zum Eisspeicher umfunktioniert worden war. Das führte zu diesen bizarren Eisformationen …

Seit einem Monat (exakt: 35 Tage) ernährte sich LEO_2 nun schon ausschließlich von Eisspeicher-Reserven. Aber recht hungrig schien er nicht zu sein. Was auch kein Wunder war, bei den teilweise schon sehr frühlingshaften Temperaturen im Februar und der dadurch relativ geringen benötigten Heizleistung.

Zusätzlich begann der ‚Selbstschutzmechanismus‚ des Eisspeichers schön langsam zu greifen, der auf dem Wärmequellen-Paradoxon beruhte:

Je mehr Eis sich im Eisspeicher bildet, umso weniger Energie wird ihm entzogen.

Denn um die Wärmetauscherrohre hatte sich inzwischen eine dicke Eisschicht gebildet, und

  • dadurch hatte sich der Wärmeausaustausch mit dem noch flüssigen Wasser langsam verschlechtert
  • dadurch war eine tiefere Soletemperatur in den vom Eis umschlossenen Wärmetauscher-Schläuchen nötig, um dieselbe Wärmemenge aus dem Eisspeicher zu ziehen
  • dadurch sank die Temperatur im gesamten Solekreis
  • dadurch sank auch die Sole-Eintrittstemperatur in die Wärmepumpe
  • dadurch sank die Arbeitszahl der Wärmepumpe
  • dadurch stieg der Anteil der elektrischen Energie an der Heizenergie
  • und dadurch sank letztlich die benötigte Energie aus dem Eisspeicher
2015-03: Eisspeicher-Challenge: Temperaturen und Eisbildung im Eisspeicher

Seit dem Start der Eisspeicher-Challenge am 01.02.2015 war das Eisvolumen kontinuierlich gewachsen und umfasste inzwischen mehr als die Hälfte des Eisspeichervolumens. Ebenso war die Sole-Eintrittstemperatur in die Wärmepumpe kontinuierlich gesunken und hatte dadurch den ‚Selbstschutzmechanismus‘ des Eisspeichers verstärkt.

Man brauchte kein Prophet zu sein, um zu erkennen, dass im beginnenden pannonischen Frühling

  • die benötigte Heizleistung weiter sinken würde
  • der Eisspeicher-Selbstschutzmechanismus (mit sinkender Sole-Eintrittstemeperatur) sich noch verstärken würde

Wenn man bedachte, dass jetzt gerade einmal das halbe Eisspeicher-Volumen gefroren war, war wohl noch ein weiteres Monat ‚Geduld‘ angesagt …

Fortsetzung folgt …

Das Besondere an LEO_2: (1) Die 4 Elemente

„Was ist das Besondere an LEO_2 ?“

wurde Irgendwer oft gefragt. Es war nicht leicht, auf diese Frage eine kurze und vor allem für den technischen Laien verständliche Antwort zu geben. Zu groß war die Gefahr, in nichtssagende Schlagworte oder technischen Kauderwelsch zu verfallen.

So hatte Irgendwer beschlossen, das Besondere an LEO_2 in leicht verdauliche Häppchen zu unterteilen. Und hier ist das erste …

(1)  LEO_2 nutzt alle vier Elemente als Wärmequelle: Luft, Erde, Wasser und Feuer (Sonne).

Das sorgt für hohe Wärmequellentemperaturen und damit hohe Arbeitszahlen.

Den größten Anteil der Umweltenergie gewinnt LEO_2 aus der Wärmequelle Luft.

Element Luft

Element Luft

In Pannonien sinkt die durchschnittliche Lufttemperatur auch im Winter nicht wesentlich unter 0°C. LEO_2 nutzt vor allem die winterlichen Maximaltemperaturen, die in Tauwetterphasen bis zu 20°C erreichen können.

Bei dem großflächigen Kollektor reichen natürliche Luftbewegungen (Wind, Konvektion) zum Entzug großer Energiemengen aus der Umwelt. Je niedriger die Außentemperaturen umso geringer wird der Beitrag dieser Wärmequelle. Nur bei sehr tiefen Außentemperaturen unter ca. -5°C liefert die Luft gar keinen Beitrag mehr und LEO_2 greift auf andere Elemente zurück.

Element Feuer

Element Feuer

Im Winter spielt die Sonne (Feuer) keine wesentliche Rolle als direkte Wärmequelle. Die Tage sind kurz und in der pannonischen Tiefebene häufig nebelig und trüb. Aber im Herbst sorgt sie dafür, dass das Wasser im Eisspeicher länger warm bzw. eisfrei bleibt. Und im Frühling schmilzt mit Hilfe der Sonne das Eis frührer. Das führt zu ausgesprochen guten Arbeitszahlen der Wärmepumpe in der Übergangszeit.

Element Wasser

Element Wasser

Das Wasser mit seinen außergewöhnlichen Eigenschaften ist das Schlüsselelement für LEO_2, obwohl es streng genommen nicht als Wärmequelle sondern ’nur‘ als Wärmespeicher dient. Es hat schon im flüssigen Zustand ein hohes Speichervermögen für Wärmeenergie (Wärmekapazität 1,163 kWh pro m3 und °C), aber beim Gefrieren zu Eis bei 0°C wird zusätzlich die Schmelzwärme von 92,7 kWh pro m3 frei.

Temperaturphasen im Eisspeicher

Ein Wassertank mit 25 m3 und einer Temperatur von 20°C kann fast 3.000 kWh für eine Wärmepumpe bereitstellen. Und das bei einer Wärmequellentemperatur, die 0°C nicht unterschreitet!

Die Erde umgibt den Eisspeicher ohne isolierende Zwischenschicht.

Element Erde

Element Erde

Das vereinfacht nicht nur die Errichtung des Tanks, sondern fördert in den Wintermonaten auch das Einsickern der Wärme in den Eisspeicher. Insgesamt liefert die Erde ca. 10 bis 15 % des Gesamtenergiebedarfes.

Zeitverlauf der Temperaturen im Erdreich

In den Wintermonaten liegt die Temperatur im umgebenden Erdreich oberhalb der Temperatur im Eisspeicher. Damit gibt die Erde Wärmeenergie an den Tank ab. Im Sommer wird die Erde über direkte Sonneneinstrahlung bzw. über die höhere Temperatur im Wassertank wieder ‚aufgeladen‘.