Aus BUSO wird LEO: Hydraulik-Chirurgie

Es war keine ganz einfache Operation gewesen. Aber die Herztransplantation der Anlage war erfolgreich verlaufen. Der alte Gaskessel war herausgeschnitten und durch eine funkelnagelneue Sole-Wasser-Wärmepumpe ersetzt worden, die nun mit kräftigen Herzschlägen die Adern der Heizungsanlage mit warmem Wasser flutete.

Durch den gleichzeitig durchgeführten chirurgischem Eingriff im Regler-System liefen nun alle elektrischen Signale der Sensoreingänge und Schaltausgänge im CMI zusammen, wo sie im Minutentakt aufgezeichnet wurden und so ein Quasi-EKG der Anlage lieferten.

CMI (Control & Monitoring Interface): Die Logging-Zentrale ...

Das CMI (links oben) zeichnete alle Regelungssignale auf …

Und mit genau diesem EKG war Irgendwer noch nicht wirklich zufrieden. Die erhöhte Vorlauftemperatur der Wärmepumpe würde die Leistungsfähigkeit des Patienten nachhaltig gefährden.

BUSO-Log-2017-11-06

Die hohe Vorlauftemperatur der Wärmepumpe (T.WP 1) bereitete Irgendwem noch etwas Kopfzerbrechen …

Irgendwie vertrug sich das neue Herz noch nicht ganz mit dem über Jahre und Jahrzehnte gewachsenen Organismus der bestehenden Anlagenhydraulik. Wieder und wieder hatte er das EKG studiert und jedes mal war er zum gleichen Schluss gekommen: Die Durchblutung des Kombispeichers war gestört, was wiederum eindeutig mit dessen Bauweise zusammenzuhängen schien.

BUSO-Kombispeicher

Der eingebaute Warmwasser-behälter schien die natürliche Konvektion im Kombispeicher empfindlich zu stören …

Gleichzeitig war dieses Organ stark belastet. Zwei Heizkreise wurden von ihm gespeist. Und als wäre das nicht genug gewesen, war es auch noch für die gesamte Warmwasserversorgung zuständig. Andererseits gab es da einen enormen Doppel-Pufferspeicher, der vor Langeweile Däumchen drehte.

BUSO-Hydraulikschema-vorher

Historisch gewachsene Anlagenhydraulik, in der der ehemalige Gaskessel durch eine Sole-Wasser-Wärmepumpe samt LEO_2-Wärmequelle ersetzt worden war …

Und während er das Hydraulikschema hin- und herwälzte, formierte sich die Lösung vor seinem geistigen Auge. Hier musste definitv ein Bypass gesetzt werden und dort eine Rückschlagklappe. Wenn man dann an dieser Stelle noch ein Ventil einbaute und diese beiden Anschlüsse ein wenig versetzte …

BUSO-Hydraulikschema-nachher

Und so sollte die Anlagenhydraulik nach dem chirurgischen Eingriff aussehen: Ein Bypass sollte die Durchblutung im oberen Bereich des Kombispeichers verbessern. Die Heizkreise sollten zur Entlastung an die Pufferspeicher gehängt werden. Und die Herzklappen V.Lad.PS und V.Lad.KS sollten zu einer abwechselnden Durchblutung von Puffer- und Kombispeicher führen …

Schon wurde der Operationssaal vorbereitet. Der Siedler und sein Kumpel sollten diesen Eingriff mit telemedizinischer Unterstützung vornehmen. Einen solche Operation hatte noch niemand vor ihnen versucht und würde ihnen sicherlich einen Vorschlag zum Nobelpreis einbringen!

Und tatsächlich! Als der Patient das zweite Mal aus dem Tiefschlaf erwachte, ging es ihm deutlich besser. Er sollte schon fast in häusliche Pflege entlassen werden, als bei einer Nachuntersuchung eine immer noch erhöhte Rücklauftemperatur der Wärmepumpe diagnostiziert wurde, die die Arbeitszahl in den Keller drückte.

BUSO-Log-2017-12-14

Besser, aber die Rücklauftemperatur der Wärmepumpe  (T.WP 2) war immer noch zu hoch …

Verflixt! Wo kam denn das schon wieder her! Aus dem Hydraulikschema war kein Hinweis darauf zu erkennen …

So musste die Anlage Rohr für Rohr und Ventil für Ventil untersucht und mögliche Abweichungen zum Hydraulikschema ausfindig gemacht werden. Und tatsächlich, nach einer Abenteuerreise durch den staubigen Heizungskeller und einem Tauchgang in der ‚Kiste‘ fand sich unter einem dicken Wulst aus Isoliermaterial der Übeltäter: Ein Vier-Wege-Mischer!

BUSO-4-Wege-Mischer

Unter der Isolierung befand sich – auf den ersten Blick nicht zu erkennen – der Missetäter: ein 4-Wege-Mischer …

Den hatte wohl in grauer Vorzeit jemand zur Rücklaufanhebung eingebaut, die aber heute in Verbindung mit einer Wärmepumpe vollständig kontraproduktiv war …

BUSO-3-4-Wege-Mischer

Statt des im Hydraulikschema vermuteten 3-Wege-Mischers fand sich tatsächlich ein 4-Wege-Mischer in der Anlage. Dieser bewirkt im Misch-Zustand die Anhebung der Rücklauftemperatur!

Dieses kleine Gebrechen mit großer Wirkung konnte aber in diesem Fall ambulant behoben werden. Kurze Zeit später verließ der Patient bei bester Gesundheit mit einer runderneuerten Hydraulik das Spital.

BUSO-Log-2018-03-14

Und das Hydraulik-EKG entsprach nun auch endlich Irgendwessen Ansprüchen…

LEO, NEO & QUADRO: Kampf um jedes Kilowatt

Es war nun doch schon wieder einige Zeit her, seit seine Anlage in Betrieb gegangen war. Aber das war für diesen besonderen Siedler nicht das Ende des Projektes gewesen, sondern erst der Beginn. Wie ein Virus hatte die Leidenschaft von ihm Besitz ergriffen, die Effizienz seiner Anlage weiter zu steigern und der Umwelt jede nur mögliche ‚kostenlose‘ Kilowattstunde zu entreißen.

Alle Werkzeuge dazu hatte er in der Hand: das war vor allem das Online-Schema, das zu jedem Moment die aktuelle Sensorwerte und Schaltzustände der Anlage anzeigte.

NEO-OL-Schema

Während andere ihre Zeit mit Seifenopern im Fernsehen tot schlugen, liebte er es, zu allen Jahreszeiten und bei den unterschiedlichsten Wetterverhältnissen das Onlineschema zu beobachten und dabei Ideen für seine nächsten strategischen Optimierungsmaßnahmen zu wälzen …

Dann wurden auch noch alle Anlagendaten aufgezeichnet. So konnte er den Zeitverlauf lückenlos nachvollziehen, Schwachstellen ausloten und die Wirksamkeit seiner Maßnahmen sofort überprüfen.

NEO-Logging

Schließlich machte es ihm der Fernzugriff auf den Regler leicht, schnell einmal einen Sollwert oder Schaltpunkt zu verändern, um dann wieder gebannt die Resultate im Onlineschema und in den Monitoringdaten zu verfolgen.

NEO-Fernzugriff

Manchmal fiel es ihm etwas schwer, dem obersten Grundsatz der Optimierung ‚Efficiency follows Comfort‘ zu folgen, was ihm die eine oder andere Diskussion mit seiner Familie einbrachte und ihm unmissverständlich aufzeigte, dass er die optimale Einstellung gefunden bzw. leicht überschritten hatte…

Besonders stolz war er auf eine Tüftelei, die es ihm ermöglichte mit einer minimalen Investition, die Vorlauftemperatur im Heizkreis und damit der Wärmepumpe wesentlich zu senken.

Dazu machte er sich die Bauweise seiner Flachheizkörper vom Typ 22 und 33 zunutze, die ein unten und oben offenes Gehäuse mit innenliegenden Wärmeleitblechen bildeten.

NEO-Heizkörpertypen

Mit einigen recht günstig verfügbaren PC Gehäuselüftern und Winkel-Profilen aus dem Baumarkt hatte er diese Heizkörper quasi in Konvektoren umgerüstet.

NEO-Lüfterkonstruktion

Nachdem er mit einigen Prototypen experimentiert hatte, kam er schließlich zur endgültigen Lösung, die die Luft von unten durch die Heizkörper und Wärmeleitbleche blies. Da waren sie komplett aus dem Sichtfeld und mit der relativ geringen Drehzahl auch akkustisch praktisch nicht wahrzunehmen.

NEO-Lüfter-eingebaut

Nach seiner Kalkulation konsumierte so eine Lüfterbatterie mit weniger als 5 Watt um Größenordnungen weniger Energie, als er sich durch die reduzierte Wärmepumpen-Kompressorleistung ersparte. In seinem Fall bedeutete das bei einer um mehr als 5°C reduzierten Wärmepumpen-Vorlauftemperatur eine um mehr als 200 Watt geringere Kompressorleistung.

„Saubere Lösung!“ dachte er sich, und noch dazu ohne dass ‚die oberste Direktive‘ verletzt worden war 😉 …

Irgendwo im hohen Norden: Der Große Tag!

Mit Hingabe und höchster Sorgfalt hatte der verwegene Siedler im hohen Norden oft noch zu später Stunde an der Fertigstellung der Anlage gearbeitet.

IIHN-Verwegen

Alle Warnungen hatte er in den Wind geschlagen und mutig die Herausforderungen angenommen.

Nach der erfolgreichen Wärmepumpenexpedition galt es jetzt noch, die letzten Rohre und Ventile in die Installation einzufügen.

IIHN-Hydraulik-1

Zu manch später Stunde saß der Siedler grübelnd über den Skizzen von Irgendwem, und übersetzte I-Diagramme in handfeste Installateurskunst …

Ja, und fast hätte er es vergessen, da fehlte ja auch noch dieses Außenteil – ‚Kollektor‘ nannte das Irgendwer. Lange hatte er es hinausgezögert, aber nun galt es auch diese letzte Hürde in Angriff zu nehmen und in die Wanten zu steigen …

IIHN-In-die-Wanten

‚In die Wanten!‘ – so mussten sich die Matrosen auf den Segelschiffen vergangener Jahrhunderte gefühlt haben …

Schließlich betrachtete er zufrieden sein Werk: ein durchaus attraktiver Blickfang – in massivem Lärchenholzdesign an seine Burgmauer gelehnt. Schön langsam entwickelte sich das Ganze zu einem Gesamtkunstwerk.

IIHN-Kollektor

Wurde auch Zeit. Denn erstens nahte der Winter und zweitens wollte auch der frisch gelegte Estrich ausgeheizt werden.

Wie schön war doch der Anblick, als sich die Adern des Solekreises endlich mit dem grünen Frostschutzgemisch füllten.

IIHN-Solefüllung

Und dann ging es an die letzten Prüfungen. Nachdem er gemeinsam mit Irgendwem die Checkliste des Inbetriebnahme-Protokolls durchgegangen war, war er letztendlich da, der große Moment!

Wie ein Film lief das ‚Abenteuer Eisspeicher‘ noch einmal vor seinem inneren Auge ab – mit all den Höhen und Tiefen, die er in den letzten Monaten durchlebt hatte. Nicht ohne Stolz ließ er seinen Blick noch einmal über die Installation schweifen, die er mit eignen Händen und etwas Hilfe von den pannonischen Siedlern geschaffen hatte.

Das Herz schlug ihm bis zum Hals, als er – der Kapitän auf der Brücke – an der Regelung den letzten Schalter umlegte und die Wärmepumpe damit ‚freigab‘:

‚Energie !‘

 

Die Wärmepumpe sprang an, und gespannt beobachtete er die Anzeigen an der Regelung und im Online-Schema. Alles innerhalb normaler Parameter. Bis nach exakt 3 Minuten die Wärmepumpe mit einem ‚Indoor Flow Alarm‘ trotzig ihren Dienst verweigerte.

IIHN-Durchflusswächter

Dieser eigenwillige Durchflusswächter im Herzen der exotischen Wärmepumpe signalisierte einen ‚Indoor Flow Alarm‘ …

Es wäre kein richtiges Abenteuer gewesen, wenn nicht im letzten Moment noch ein ‚Alarm‘ den Adrenalinspiegel an den Anschlag geführt hätte. Wie schon so oft, lag aber die Lösung in den schier unendlichen Tiefen des Wärmepumpen-Manuals verborgen, für das man ’nur‘ den passenden Universalübersetzer benötigte.

IIHN-Manual-1

Alles klar, oder? Diese  Zeilen enthielten für Irgendwen den entscheidenden Hinweis …

Ein Parameter der Wärmepumpenregelung wurde umgestellt. Die Wärmepumpe sprang wieder an und – lief durch!

Nach anfänglichem ‚Herzflimmern‘ stellte sich nun ein ruhiger, regelmäßiger und kräftiger Herzschlag ein, der begann die Siedlerhütte im hohen Norden zu wärmen …

IIHN-Herzschlag

Unfreundliche Anwendungen mit schlechtem Benehmen

(… oder: Endlich wieder ein Beitrag aus der Akte-X-Serie…)

Das Elkement ist eine typische IT-Security-Abteilung und versucht daher den produktiven Ingenieursabteilungen die tägliche Arbeit so mühsam wie möglich zu machen.

So wurde auf dem Chefingenieurs-Notebook das neueste Windows-10-Feature gleich ausprobiert – Controlled Folder Access. Windows 10 Defender wacht über Zugriffe auf definierte Ordner und wehrt Angriffe von unfreundlichen Applikationen ab.

Und als ebensolche wurden gleich Winsol (und dann auch TAPPS) eingestuft:

Fügt man Winsol.exe in der Windows Defender Konfiguration zur Liste der erlaubten Anwendungen hinzu (Allow an App), ist der Spuk vorbei.

Beim Testen dieser Funktionen wurde das Elkement auf folgendes fundamentale Rätsel der Winsol-Konfiguration aufmerksam: Wo werden die Winsol-Daten eigentlich per Default gespeichert? …. ein jahrelang vernachlässigtes Forschungsgebiet! Die Siedler hatten ja in jeder Winsol-Installation immer gleich ihren eigenen speziellen Logfile-Ordner eingestellt – dort wo z.B. die hungrige Datenkrake auf die Logfiles wartet.

In einer frischen Winsol-Installation begegnet einem aber dieses Mysterium:

Aus Winsol heraus betrachtet – beim Versuch den Standardordner zu ändern, sieht man die neuesten Logfiles in C:\Program Files\Technische Alternative\Winsol\LogX (rechts im Bild). Direkt im Explorer (links im Bild) sucht man den LogX-Ordner aber vergeblich, ebenso wie die Infosol-Ordner mit den Kundendaten:

Bevor sich das Elkement mit so etwas theoretisch beschäftt, wird einmal geschnüffelt mit Microsoft Sysinternals Process Monitor.

Aha! Winsol greift in Wirklichkeit auf einen Unterordner VirtualStore im Benutzerprofil zu – hier gibt es eine ‚Umleitung‘ (REPARSE):

Die Logfiles verstecken sich somit hier:

C:\Users\[Benutzer]\AppData\Local\VirtualStore\Program Files\Technische Alternative\Winsol

Dieser VirtualStore ist ein seit Vista genutztes Sicherheits-Features, wenn Anwendungen etwas zu ‚anmaßend‘ sind. Hier ein Beispiel:

…  in most cases when a developer tells his program to save data in the Program Files folder, for example, program settings, he has completely forgotten that program settings should be a per-user thing! … In other words, a well-behaved application should instead save its settings in the
C:\Users\<User Name>\AppData\Local\<Manufacturer>\<Product>\<Product Version>

Ever since Windows Vista, applications that are not running with raised privileges that try to write to the Program Files (or Program Files (x86)) folder will in fact write to the VirtualStore folder, unknowingly.

Es gibt es aber auch einige offizielle Winsol-Einstellungen pro Benutzer im Ordner:

C:\Users\[Benutzer]\AppData\Roaming\Technische Alternative\Winsol

Hier wird z.B. das Cookie für die Anmeldung am Webportal abgelegt – aber eben nicht die Logfiles.

Zusammengefasst: Möchte man jetzt die aktuelle Winsol-Installation auf einen anderen PC übertragen oder lokal den Ordner ändern – und in mehrfacher Hinsicht ’sicher‘ konfigurieren, also sicher vor Hackern und vor allem für sich selbst auffindbar, geht der unerschrockene Monitoring-Bastler so vor:

  • Winsol wird auf dem Ziel-PC neu installiert.
  • In den Grundeinstellungen wählt man einen Ordner außerhalb von ‚Programme‘ – am besten dort, wo man auch andere Projektdateien speichert – also in einem Ordner für den eine regelmäßige Sicherung erfolgt (Z.B.: Cloud und externe Festplatte)
  • In diesen neuen Ordner werden die Dateien aus dem alten Winsol-Ordner kopiert, also alle ‚eigenen‘ Logdateien, exportierte CSV-Dateien und ggf. auch die Unterordner anderer Kunden im Ordner Infosol. (Das gilt nur dann uneingeschränkt, wenn auch die gleiche Winsol-Version verwendet wird – vor ca. 1 Jahr gab es ja eine subtile mehrstufige ‚Migration‘ bedingt durch Regler- und Software-Updates.)
  • Um sich das einmalige Anmelden am Portal zu sparen, kann auch der Inhalt von C:\Users\[Benutzer]\AppData\Roaming\Technische Alternative\Winsol kopiert werden.
  • In Controlled Folder Access in Windows 10 muss Winsol.exe in die Liste der erlaubten Anwendungen eingetragen werden (oder der Logfile-Ordner ausgenommen – sicherer ist, nur Winsol zu erlauben).

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Nachtrag 2018-01-31: Die Tests wurden mit der Winsol-Version 2.07 durchgeführt, kurz bevor die Version 2.08 zur Verfügung gestellt wurde. 2.07 war auf diesem PC ein Upgrade einer früheren Version.

Installiert man Winsol 2.08 neu (auf Windows 10), dann wird mittlerweile als Standardordner ein Unterordner im Profil vorgeschlagen – gutes Benehmen wie von Microsoft empfohlen 😉

C:\Users\[Username]\Documents\Technische Alternative\Winsol

Unpannonische Heizsaison 2016-2017

Die Siedler hatten den Bogen endgültig überspannt. Jahrelang wurde hier berichtet über Winter, die zu pannonisch waren oder nicht kanadisch genug waren. Irgendwie war das auch ein Ausdruck ihrer Frustration: Man musste zu drastischen Maßnahmen greifen, um einen echten Winter zu simulieren und endlich einen ordentlichen Eiswürfel zu erzeugen.

Und so haben die Siedler sie heraufbeschworen – die Heizsaison 2016 / 2017 mit dem kältesten Jänner (Januar) seit 30 Jahren. So sieht die Bilanz aus:

Der positive Rekord: 14m3 Eis ganz ohne Trickersei! Und das, obwohl das Obergeschoß wieder mit dem Holzofen beheizt wurde:

(Zu der eigenartigen ‚Schwingung auf dem Eisplateau‘ siehe die Geschichten von Blubber und Orkrakel.)

Die lange Periode von mittleren Außentemperaturen unter Null, ganz ohne Warmlufteinbruch lässt aber Schlimmes erahnen: Ein trauriger Rekord wurde erreicht – der grüne Balken der Monatsarbeitszahl hält sich im Jänner 2017 doch deutlich fern von der 4er-Marke:

In diesem Monat wurden über 3.000 kWh Heizenergie benötigt; im ganzen Jahr wurden ca. 16.600 kWh verbraucht inkl. Warmwasser – gleich wie wie in der vorigen Saison, in der die ganze Siedlerhütte mit der Wärmepumpe beheizt wurde. Zu beachten: Trotz heroischer punktueller Renovierungsmaßnahmen wird der Großteil der Heizenergie im Untergeschoß noch über Radiatoren verteilt – im Januar bei einer mittleren Heizkreis-Vorlauftemperatur von 37°C.

Der Kollektor konnte in diesen Wochen vergleichsweise wenig Energie liefern, während die fleißige Wärmepumpe täglich ca. 100 kWh Heizenergie ‚produzierte‘:

Damit konnte der Kollektor heuer auch seine übliche Kennzahl nicht ganz erreichen: Wie die Siedler und ihre Krake nicht müde werden zu betonen, liefert er ‚üblicherweise‘ in einer ‚typischen‘ Eisperiode über 75% der Umweltenergie für die Wärmepumpe.

In der letzten Saison folgte aber der kalte Rekord-Jänner auf einen ebenfalls schon kollektorunfreundlichen Dezember. Die Auftauphase im Februar folgt dann wieder dem üblichen Rekordernte-Muster.

Zu beachten ist aber, dass der Kollektor auch in dieser Saison wieder nur zu 50% genutzt wurde. Irgendwer wollte ja seine Forschungsschaltung ordentlich testen: Seit Herbst 2014 musste sich die Wärmepumpe mit 12 statt 24m2 Kollektorfläche begnügen – eine Fläche, die die Siedler angesichts des typischen Energiebedarfs ihrer historischen Siedlerhütte eigentlich als zu gering betrachten.

Etwas getröstet wurden die Siedler allerdings dann im heißen Sommer 2017 – durch Spielereien mit der passiven Kühlung. Sie konnten sich den Eiswürfel für Kühlzwecke zwar nicht lange aufheben, aber in diesem (Hitze-)Rekord-Sommer wurde die bis jetzt höchste Kühlenergie von insgesamt ca. 600kWh benötigt.

Der Kollektor kühlt in vergleichsweise kühlen Nächten den Eisspeichertank; der kalte Tank kühlt wiederum den Pufferspeicher – pro Tag werden von den ‚Heiz‘-Kreisen bis zu 30kWh Kühlenergie entnommen.

Nach dem Bericht über die Herausforderungen und das schwierige Umfeld kommt normalerweise der optimistische Blick in die Zukunft. Chief Engineer Somebody enthüllt die strategische hydraulische Weichenstellung für die eben gestartete Saison: Die zweite Hälfte des Kollektors wurde wieder zugeschaltet!

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Die Messdaten aller Jahre und weitere Details und technische Daten zum System sind wie immer zu finden in unserer Messdatendokumentation (PDF)

Der Blubber: An der Klippe …

Irgendwer hätte dem beruhigenden Blubbern noch stundenlang zuhören können. Aber leider war das Messintervall für den Füllstand schon wieder vorüber und der Blubber verstummte unvermittelt. So schloss er den Eisspeicher-Deckel, und zog zufrieden Bilanz über die Feuerprobe des Blubbers (… die ja – genau genommen – eine ‚Eisprobe‘ gewesen war).

Blubber-1-Wasser

(1) Nur Wasser, kein Eis (mehr) im Eisspeicher

Der kälteste Pannonische Jänner seit 30 Jahren hatte für genügend Eis im Eisspeicher und damit für optimale Blubber-Testbedingungen gesorgt. Trotz dieser harschen Umgebungsbedingungen hatte der Blubber verlässlich seinen Dienst getan und den Füllstand kontinuierlich aufgezeichnet.

Blubber-Fuellstand

Obwohl dieser Blubber-Füllstand natürlich unmittelbar mit der Eisbildung zusammen hing, zeigte er trotzdem einen Verlauf, der auf den ersten Blick vielleicht etwas unlogisch erscheinen konnte. Besonders die starken Schwankungen in der Auftauphase (3) und der ’negative‘ Füllstand gegen Ende der Eisperiode (4)…

Eine direkt Umrechnung des Füllstandes in Eisvolumen war nur unter bestimmten Bedingungen möglich. Dazu musste man sich erst einmal vergegenwärtigen, was sich so im Laufe eines Winters im Eisspeicher abspielte:

Blubber-Phasen-der-Eisbildung

Schematische Darstellung der Eisphasen: (1) nur Wasser (2) kontinuierlicher Eiszuwachs um die Wärmetauscherrohre und an der Oberfläche (3) (temporärer) Eisrückgang und Wiederanstieg (4) Endphase der Eisschmelze: der Eisdeckel schmilzt zuletzt.

In der Phase der kontinuierlichen Eisbildung (2) entsteht Eis um die Wärmetauscherrohre und an der Wasseroberfläche. Da das Wasser durch das wachsende und an der Trägerkonstruktion festgefrorene Eis an die Oberfläche verdrängt wird, ist das gesamte Eisvolumen unter Wasser. – Der Füllstand kann direkt in Eisvolumen umgerechnet werden.

Blubber-2-Wasser-Ueber-Eis

(2) In der Phase der kontinuierlichen Eisbildung befindet sich das gesamte Eisvolumen unter Wasser

Sobald die erste Tauwetterphase einsetzt (3), schmilzt Eis zuerst an den Wärmetauscher-Rohren. Der Wasserstand sinkt und das nach wie vor an der Trägerkonstruktion festgefrorene Eisgebilde erhebt sich wie eine Klippe über das Wasser. Da ein Großteil der Oberfläche gefroren ist, sinkt der Wasserspiegel in den eisfreien Zonen überproportional stark.

In dieser Phase wird das direkt aus dem Füllstand ermittelte Eisvolumen unterschätzt. Dafür sind kleinste Änderungen im Eisvolumen durch starke Schwankungen des Füllstandes in relativ kleinen eisfreien Zonen sehr genau messbar.

Gefrier- und Tauphasen wechseln sich quasi wie Flut und Ebbe zwischen den Klippen ab.

Blubber-3-Klippe

(3) In Tauwetterphasen sinkt der Wasserspiegel in den eisfreien Zonen überproportional schnell und Eisklippen erheben sich über das Wasser

Gegen Ende der Eisperiode (4) sinkt der Wasserspiegel sogar kurzfristig unter den ursprünglichen Stand. Während das Eis um die Wärmetauscherrohre bereits vollständig geschmolzen ist, schmilzt der ‚Eisdeckel‘ mangels direkter Wärmezufuhr (fehlender Kontakt zu Wärmetauscherschläuchen und  zum Wasser) zuletzt.

Blubber-4-Eisscholle

(4) Am Ende der Eisperiode hängt der ‚Eisdeckel‘ in der Luft und schmilzt zuletzt.

Fortsetzung: Orkrakel und Peak Ice

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.