Eine Frage der Perspektive …

Die Heizung seiner Siedlerhütte mit LEO_2 machte Irgendwem schon lange kein Kopfzerbrechen mehr. War es früher vielleicht einmal spannend gewesen, wie lange der Eisspeicher ausreichen würde, hatte sich über die Jahre hinweg  herausgestellt, dass es wohl die Ausnahme war, dass sich im Winter größere Eismengen in seinem ‚Eisspeicher‘ bildeten.

Blubber-3-Klippe

Das hatte mehrere Gründe.

Zum einen waren – von einigen vereinzelten Kälteperioden abgesehen – die vergangenen pannonischen Winter sehr mild gewesen. Und wie es aussah, würde das wohl noch eine Zeit lang so bleiben

Zum anderen hatte Irgendwer Hydraulik und Regelungslogik ursprünglich so ausgelegt, dass sie jede nur verfügbare Kilowattstunde an Umweltenergie aus dem Kollektor, die nicht direkt verheizt wurde, in den Eisspeicher leitete, um so seinen Wärmevorrat zu vergrößern.

(3) Wärmepumpensystem LEO_2 Oktober

Hingegen hatte er die Kühlung im Sommer bisher nur als ein ‚Nebenprodukt‘ gesehen. Mit dem, was an Kälte im Eisspeicher halt noch übrig war, hatte er seine Siedlerhütte im Sommer ein wenig ‚passiv‘ gekühlt. Aber während das Heizen im Winter einfacher wurde, kam die passive Kühlung im Sommer zusehends an seine Grenzen.

„Zeit also, die Perspektive zu ändern! …“

… hatte sich Irgendwer schon vor einiger Zeit gedacht, und begonnen, darüber zu tüfteln, wie er mit seiner Kältepumpe mehr Kühlvorrat anhäufen und in den Sommer hinein retten konnte.

Eisformationen-im-Eisspeicher

Der Holzhammer-Ansatz der Eisspeicher Challenge wäre dafür zu grob gewesen, weil er damit die Effizienz (=hohe Arbeitszahl) bei der Heizung hätte opfern müssen. Da war schon mehr die feinere Klinge gefragt!

Eine kleine Änderung in der Hydraulik, die er dazu benötigte, hatte er gleich im Zuge seiner Heizraum-Renovierung umgesetzt.

IB2-I-Schaltung-Nimmt-Gestalt-an

Die weit größere Herausforderung war aber die Bewältigung mehrerer Mutantenprobleme in der Regelungslogik gewesen. Unglaublich, wieviele zusätzliche Betriebszustände man für die Anlage berücksichtigen musste, wenn man doch nur so einen klitzekleinen zusätzlichen Mischer eingebaut hatte.

perspektive-uvr16x2

Aber es war ja nicht das erste Mal, dass er seine UVR16x2-Regelungs-Trickkiste bemühen musste. Und so lief jetzt, mitten in der Heizsaison, die Logik zur ’sanften Konservierung‘ des Eisvorrates an.

Ob er alle Mutantenprobleme gefunden und gelöst hatte, würde er aber erst in paar Monaten mit endgültiger Sicherheit wissen 😉 …

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

Herbstliche Gewohnheiten (2)

Nachdem eine ungewöhnlich warme erste Septemberhälfte die Siedler mit sommerlichen Temperaturen verwöhnt hatte, begann nun unaufhaltsam der Herbst in Pannonien Einzug zu halten. Bald würde LEO_2 wieder aus seinem Sommerschlaf erwachen, um für die wohlige Temperierung der Siedlerhütte zu sorgen.

2015-2016-herbst

Es wurde herbstlich in z-village …

Alles war vorbereitet:

Routinemäßig hatte Irgendwer eine kleine Sole-Probe gezogen und mit dem Refraktometer den Frostschutz geprüft, der erwartungsgemäß unverändert bei einem Wert von ca. -25°C lag.

2015-2016-refraktometermessung-frostschutz

Der Frostschutz wurde mittels Refraktometer geprüft: OK.

Sicherheitshalber hatte er in diesem Zuge auch gleich ein paar Liter Sole nachgefüllt, denn mit dem Sinken der Temperatur im Solekreis würde auch der Soledruck im Winter wieder ein wenig zurückgehen.

Auch hatte er trotz der warmen September-Temperaturen den Kühlmodus wieder beendet. Aufgrund der kühlen Nächte war es auch nicht mehr notwendig, mit der passiven Kühlung nachzuhelfen. Viel wichtiger war es nun, den Eisspeicher im September auf Maximaltemperatur aufzuladen. – Denn im Herbst standen die ‚fetten‘ Monate mit den höchsten Arbeitszahlen des ganzen Jahres bevor, auf die sich Irgendwer schon insgeheim freute …

Zu Irgendwessen Herbst-Ritualen zählte auch der Rückblick auf das vergangene LEO_2-Jahr, der sich wie folgt darstellte.

Bis auf den Jänner mit zwei Kälteperioden war der Winter 2015/2016 ungewöhnlich mild verlaufen. Der Frühling war aber nur sehr stotternd in die Gänge gekommen.

2015-2016-temperaturen-und-eisbildung-leo_2

Erst im Jänner hatte sich mit einem Maximum von knapp 7m3 nennenswert Eis im Eisspeicher gebildet, das aber Mitte Februar schon wieder vollständig geschmolzen war.

Das war auch der Grund, warum die Siedlerhütte nur einen vergleichsweise niedrigen Jahres-Gesamtwärmebedarf von 16.725 kWh (inkl. Warmwasser) gehabt hatte. Bei einer Jahres-Arbeitszahl von knapp 4,6.

2015-2016-leistungsdaten-leo_2

Leistungsdaten 2015/2016 auf die Monate herunter gebrochen: Die höchsten Monats-Arbeitszahlen hatte es naturgemäß in den Herbstmonaten September bis November und dann wieder im Frühjahr (April und Mai) gegeben. Dann, wenn die Wärmequelle relativ warm und die mittlere Vorlauftemperatur der Wärmepumpe relativ niedrig sind …

Obwohl über die gesamte Heizperiode nur die halbe Kollektorfläche genutzt worden war, konnten trotzdem beachtliche 10.484 kWh über den Kollektor geerntet werden – und das vorwiegend in der kalten Jahreshälfte.

2015-2016-kollektorernte-und-heizwaermebedarf-leo_2

Der milde Wetterverlauf hatte sich auch positiv auf die Kollektorernte ausgewirkt …


Weitere Informationen: Details zu den Messdaten der LEO_2 Pilotanlage sind hier zu finden …

Das Eisspeicher-Orakel: Eine Niederlage!

Inzwischen hatte nun doch der Frühling Einzug gehalten…Frühling-2016

Mit ein paar sonnigen Tagen und einer kräftigen Süd-Strömung, die Temperaturen bis 25°C nach Pannonien gebracht hatte, wurde unter vorgehaltener Hand sogar schon vom ‚kleinen Sommer‘ gesprochen …

Damit war nun (endlich) auch die Eisspeichertemperatur rasch angestiegen und hatte damit den ‚Eisspeicher-Frühling‘ markiert. – Leider um etwa 3 Wochen später, als vom ‚Eisspeicher-Orakel‚ ursprünglich angekündigt…

LEO_2-Orakel-2016: Ist

Eine Niederlage für das Eisspeicher-Orakel: Zwischen vorausgesagtem (rot gepunktete Linie) und tatsächlichem (grün gepunktete Linie) ‚Eisspeicher-Frühling‘ lagen in diesem Jahr nun doch ca. 3 Wochen…

Irgendwer war versucht gewesen, dem ungewöhnlich kühl verlaufenen März die Schuld dafür zu geben, aber ein Blick auf die pannonischen Klimadaten belehrten ihn schnell eines Besseren! Denn der März war nach einem generell warmen Winter und einem extrem milden Februar einfach nur normal gewesen! Ohne große Abweichungen nach oben oder unten. Wie schnell sich doch die subjektive Empfindung von ’normal‘ ändert …

Wenn man einen Blick auf die Messdaten von LEO_2 warf, spiegelten diese den insgesamt zu milden Wetterverlauf der letzten Monate wider. Einzig der Jänner hatte mit seinen zwei Kälteperioden das Attribut ‚Winter‘ wirklich verdient und zu nennenswert Eis im Eisspeicher geführt. Die mittlere Außentemperatur und der Heizwärmebedarf im zu milden Februar und im normalen März waren praktisch identisch.

EO_2-Leistungsdaten-2015-2016

Leistungsdaten der LEO_2 Pilotanlage: Die Wärmeenergie für Heizung und Warmwasser (rot) waren im milden Februar und im normalen März praktisch identisch. Die Arbeitszahl (grün) war aufgrund der schon höheren Eisspeichertemperaturen im März höher.

Das Eisspeicher-Orakel

Alle Jahre wieder am 2. Februar wird das Murmeltier Punxsutawney Phil aus seinem Bau gelockt und danach befragt, wie lange der Winter wohl noch dauern wird.

Murmeltier IIAber wie auch immer dieser Lostag heißen mag, ‚Groundhog day‘ oder ‚Lichtmess‘, es wird ihm in Legenden, Traditionen und Bauernregeln eine besondere Bedeutung zugemessen:

„Wenn das Murmeltier seinen Schatten sieht, wird der Winter noch 6 Wochen dauern“

oder

„Ist’s an Lichtmess hell und rein,
wird’s ein langer Winter sein.
Wenn es aber stürmt und schneit,
ist der Frühling nicht mehr weit.“

Trotz Hochachtung vor der Naturbeobachtung der Altvorderen, erschienen Irgendwem diese Aussagen doch recht dehnbar und interpretationsbedürftig. Darum verließ er sich bei der Frühlingsprognose neuerdings viel mehr auf das Eisspeicher-Orakel, das er nun auch schon über mehrere Jahre hinweg beobachtet hatte.

Eisspeicher Orakel 2014

Um das Eisspeicher-Orakel richtig deuten zu können, sind der Verlauf der Temperatur im Eisspeicher und die Erd-Temperatur in 1m Tiefe  von außerordentlicher Wichtigkeit. (1) Frühlingsbeginn, (2) Tag der geringsten Eisspeichertemperatur, (3) Zeitunterschied 5-6 Wochen.

(1) Frühlingsbeginn

Zuerst galt es, den Begriff ‚Frühlingsbeginn‘ etwas greifbarer zu machen. Dazu schien Irgendwem der Verlauf der Eisspeichertemperatur bestens geeignet. Denn in jedem Jahr gab es einen Zeitpunkt zu dem diese Temperatur recht steil und dauerhaft über einen Wert von 10°C anstieg, was damit zu tun hatte, dass

  • die benötigte Heizenergie stark zurückging
  • die zur Verfügung stehende Umweltenergie aus Luft und Sonne (Kollektorernte) gleichzeitig stark zunahm
  • also: der Frühling begann!

(2) Der Lostag

Aber wie konnte man diesen Zeitpunkt voraussagen? Wann war das Ende des Winters endgültig besiegelt? Dafür erschien Irgendwem die Erdtemperatur in 1m Tiefe ein probates Mittel zu sein. Diese Temperatur war ein Spiegel des Verlaufs und der Strenge des Winters. Insbesondere jener Tag irgendwann im Februar, an dem die Erdtemperatur ihr Minimum überwand und wieder zu steigen begann.

Kurzerhand bestimmte Irgendwer den ‚Tag der geringsten Erdtemperatur‚ zum Lostag für die Frühlingsprognose.

(3) Die Prognose

Aus den bisherigen Lenzen, die LEO_2 schon erlebt hatte, hatte Irgendwer versucht, einen Zusammenhang zwischen (1) Frühlingsbeginn und (2) Lostag herzustellen. Die Zeitdauer (3) zwischen Lostag und Frühlingsbeginn war bisher immer bei ca. 5 bis 6 Wochen gelegen.

Während der pannonische Winter 2013/2014 (s.o.) eher mild und kurz war, war 2012/2013 von der langen und hartnäckigen Sorte gewesen:

LEO_2-Orakel-2013

Im hartnäckigen Winter 2012/2013 lag der ‚Lostag‘ (minimale Erdtemperatur) sehr spät (Ende Februar). Der endgültige Sieg des Frühlings folgte ca. 6 Wochen später …

Den Frühling 2015 musste man aufgrund der Eisspeicher-Challenge aus der Wertung nehmen. 2016 stellte sich bisher wie folgt dar:

Eisspeicher-Orakel 2016

Frühlingsprognose 2016: Der Tag der minimalen Erdtemperatur wurde bereits Anfang Februar erreicht, sogar noch etwas früher als 2014. Damit müsste der Frühling noch vor Mitte März Einzug halten …

Wie gut das Eisspeicher-Orakel heuer liegt, werden wir Mitte März wissen. Aber es ist ja nicht schwierig, an die Trefferquote von Punxsutawney Phil heranzukommen ;-).

Und täglich grüßt das Murmeltier …

Unzählige Male hatte Irgendwer diesen Film schon genossen, in dem Bill Murray alias Phil Connor denselben Tag immer und immer wieder durchlebte.

Und nun kam er sich gerade genauso vor: Wieder war der ‚Gaskassier‘ dagewesen und wieder hatte dieser den unveränderten Zählerstand abgelesen. Und wieder hatte sich Irgendwer diebisch gefreut, dass er im letzten Jahr keinen einzigen Kubikmeter Gas verbraucht hatte. – Dank seines Wärmepumpensystems LEO_2, das seine Siedlerhütte nun schon seit drei 3 Jahren verlässlich und monovalent erwärmte …

Und wieder war ihm diese etwas verstörende Gasrechnung ins Haus geflattert. Dieses Mal über den satten Betrag von € 73,44. – Für NICHTS! – Seiner Meinung nach, zumindest …

Das Energieversorgungsunternehmen sah das selbstverständlich anders:

  • Energie Preis: € 0,– (soweit waren sie sich ja noch einig)
  • Energie Grundpreis: € 15,– (pro Jahr)
  • Netz Grundpreis: € 30,– (pro Jahr)
  • Entgelt für Messdienstleistungen: € 16,20 (pro Jahr)
  • … exklusive MWSt. versteht sich …

Aber dieses Mal sollte es nicht – wie die Jahre davor – bei dem Vorsatz bleiben, das Gas nun endgültig abzumelden. Nein. Lange genug hatte er diesem Faulpelz von Gaszähler Asyl gewährt! Dieses Mal würde er Ernst machen …

Und es war dann doch einfacher und unkomplizierter als gedacht. Ein Termin wurde vereinbart, ein tatkräftiger junger Mann machte sich ans Werk und in wenigen Minuten war der Gaszähler ausgebaut, die Gasleitung zugepfropft und verplombt.

Ausbau-Gaszähler

Schnell erledigt: Der Abbau des Gaszählers …

Zum wohlfeilen Pauschalpreis von € 36,– zzgl. eines Stopfens mit 1″ Außengwinde in der verzinkten Ausführung (man wollte sich ja nicht lumpen lassen) um weitere € 2,20.

Aber damit war die Sache nun ein für allemal gegessen! Das Zeitalter der fossilen Brennstoffe in der Siedlerhütte war mit diesem symbolischen Akt nun endgültig Geschichte.

Etwas wehmütig wurde Irgendwem dann schon zumute, als ’sein‘ Gaszähler zum Tor hinausgetragen wurde. Ohne jegliches Feingefühl hatte ihm der junge Mann offen und unverblümt ins Gesicht gesagt, was nun passieren würde: Da es keine weitere Verwendung mehr für diesen Zähler gab, würde ein großes Loch in sein Gehäuse geschlagen werden (um Missbrauch zu verhindern) und dann würde er mit anderen ausgemusterten Kollegen auf dem Schrottplatz landen.

Aber so unbarmherzig ist das Leben. Doch in Anerkennung seiner langjährigen geduldigen Zählarbeit sei ihm hier ein Denkmal gesetzt:

Gaszähler-ausgebaut

R.I.P.: Gaszähler mit der Nummer 149.304, der 1993 das Licht der Welt erblickt und zu z-village in Pannonien im Jahre des Herrn 2012 seinen letzten Kubikmeter gezählt hatte. Nach langem gaslosen Dahinsiechen in einem dunklen, kalten Zählerkasten ward er mit einem Zählerstand von 38.867 m3 endgültig von seinem Leiden erlöst. Er musste weichen – der zukunftsweisenden Technik von LEO_2 …

Herbstliche Gewohnheiten

Ein außergewöhnlicher Sommer ging zu Ende und der Herbst begann, seine Finger nach z-village auszustrecken.

z-village-herbst

Und jeder begann sich auf seine Weise auf den Winter vorzubereiten. Während die einen ausreichend Holz oder andere Brennstoffe einlagerten …

holzhaufen

… musste Irgendwer LEO_2 fit für den Winter machen.

LEO_2 war ja den ganzen Sommer über für die Warmwasserbereitung und den passiven Kühlbetrieb gelaufen und damit praktisch einsatzbereit. Die ‚jährliche Wartung‘ war daher schnell erledigt. Er prüfte nur

  • den Soledruck
  • den Wasserstand im Eisspeicher
LEO_2-Online-Schema

Ein Blick auf das Online-Schema reichte, um den Soledruck zu prüfen. Auch ein Niveau-Sensor, den Irgendwer inzwischen in den Eisspeicher eingebaut hatte, zeigte ihm an, ob der minimale bzw. maximale Wasserstand im Eisspeicher erreicht waren.

Obwohl irgendwer viele Messwerte inzwischen am Bildschirm ablesen konnte, genehmigte er sich trotzdem einen kleinen Rundgang und warf einen Blick auf den Kollektor, einen weiteren in den Eisspeicher und schaute, ob sonst mit LEO_2 alles in Ordnung war…

Den Sole-Frostschutz hatte er erst voriges Jahr mit dem Refraktometer gemessen, das konnte er sich heuer getrost sparen.

Dann machte er sich, wie es ihm Anfang September inzwischen zur Gewohnheit geworden war, an die Umstellung auf ‚Winterbetrieb‘. Dazu musste er ganze zwei Regelparameter umstellen:

  • Maximale Eisspeichertemperatur: diese hatte er für den Kühlbetrieb im Sommer auf einen niedrigen Wert belassen, damit bei niedrigen Außentemperaturen der Tank über den Kollektor gekühlt wurde. Nun stellte er diesen Wert wieder auf den maximalen (durch die Einsatzgrenze der Wärmepumpe limitierten) Wert von 20°C. Damit sollte der Eisspeicher und das umgebende Erdreich durch die Herbstsonne noch einmal richtig auf Temperatur gebracht – also ‚aufgeladen‘ – werden.
  • Grenztemperatur für die passive Kühlung: Diese hatte er im Sommer so eingestellt, dass ab 24°C Raumtemperatur die passive Raumkühlung einsetzte. Da er nicht wollte, dass auch im Winter gekühlt wurde, wenn er hin- und wieder einmal den Bullerjan anfeuerte, stellte er diesen Parameter auf einen hohen Wert.

Damit waren seine Heizungs-Vorbereitungen für den Winter erledigt und es blieb ihm genügend Zeit um einer weiteren liebgewordenen Gewohnheit nachzugehen, bevor die neue Heizsaison richtig begann: nämlich der Jahresauswertung der Anlagendaten…

2015-09-20-Leistungsdaten_LEO_2Weitere Informationen: Messdaten LEO_2: Jahres- und Monatsübersichten für die Periode 2014/2015.

Irgendwo im hohen Norden: Das Konzept

Und so trafen sie sich. Der unerschrockene Siedler aus dem hohen Norden und die Professionellen Tüftler aus Pannonien. Aber ob der großen Entfernung nicht ‚IRL‚, sondern in einem Online Meeting in der ‚Cloud‚.

Teamviewer

Wird gerne von den Siedlern für Online-Treffen verwendet: TeamViewer

Fragen zu LEO_2 wurden gestellt und beantwortet, Bilder und Pläne betrachtet, Ideen ausgetauscht und mögliche Szenarien skizziert.

Schließlich verständigte man sich, einen gemeinsamen Online-Speicher zum Austausch von Bildern, Plänen und sonstigen Informationen einzurichten.

Dropbox

Einer von vielen Onlinespeichern: Die Dropbox.

Damit waren alle Voraussetzungen gegeben, den ersten Schritt in einem LEO_2 Projekt in Angriff zu nehmen: Das Konzept.

Zuerst musste sich Irgendwer einen genauen Überblick über die örtlichen Gegebenheiten, den Heizwärmebedarf und sonstige spezielle Anforderungen verschaffen. Dazu hatte er eine ‚Checkliste für die Bestandsaufnahme‚ entworfen, die er mit den inzwischen bekannten Fakten ergänzte und dem Siedler im hohen Norden per elektronischer Post – quasi als Hausaufgabe – zustellte.

IIHN-Konzept-Bestandsaufnahme

Aber unerschrocken wie er war, machte sich der Siedler daran Punkt für Punkt zu beantworten und mit den Pannonischen Tüftlern per E-Mail abzuklären. Bald füllte sich der Onlinespeicher mit allen nötigen Plänen, Bildern und Informationen, sodass es nicht lange dauerte, bis auch das Konzept Form annahm und den Siedler aus dem hohen Norden per E-Mail erreichte.

Und während dieser Seite für Seite zuerst neugierig überflog und dann im Detail studierte, sah er LEO_2 schon förmlich vor seinem geistigen Auge entstehen.

IIHN-Konzept-3-Systemkonzept

Im Abschnitt ‚Systemkonzept‚ wurde beschrieben, wie LEO_2 grundsätzlich funktionierte und wie es konkret in seine Siedlerhütte eingebaut werden sollte. Es wurde greifbar, wie die einzelnen im Schema eingezeichneten Komponenten in seinem Fall aussehen und an welchen Stellen seiner Siedlerhütte bzw. seines Grundstückes sie aufgestellt und eingebaut werden könnten.

IIHN-Konzept-4-Lageplan und Leitungen

Im Abschnitt ‚Lageplan und Leitungen‚ waren alle hydraulischen und elektrischen Leitungen aufgelistet, die verlegt werden mussten. In den Lageplan eingezeichnet machten sie klar, wie bestehende Verrohrungen genutzt und wo neue Mauerdurchführungen geschaffen werden mussten. Auch nicht unwesentlich waren die notwendigen Anschlüsse, die im Heizraum geprüft und bei Bedarf ergänzt werden mussten.

IIHN-Konzept-5-Auslegung

Mit besonderer Spannung hatte er die Berechnungen zur Auslegung erwartet. Dort stand in harten Zahlen, ob und wie der Heizwärmebedarf mit der Größe seiner bestehenden Zisterne (dem zukünftigen Eisspeicher) gedeckt werden konnte und wie groß der Kollektor dafür sein musste.

IIHN-Konzept-6-Regelungskonzept

Auch der Regelung war ein Abschnitt gewidmet. Welche Regelungskomponenten und Sensoren waren nötig, um die Gesamtanlage zu steuern, die Fernwartung zu ermöglichen, die Wärmepumpe optimal einzubinden, sowie Anlagendaten in Echtzeit in einem Onlineschema anzuzeigen und deren zeitlichen Verlauf aufzuzeichnen.

IIHN-Konzept-7-Kostenübersicht

Die Kostenübersicht über die wesentlichen Anlagenkomponenten verschafften ihm einen realistischen Überblick über die zu erwartenden Investitionen…

IIHN-Konzept-8-AufgabenDetailplanung

… und die Aufgaben der Detailplanung / Ausführung über die weiteren Schritte, die ihn erwarteten.

Alles in allem war dieses Konzept eine perfekte Entscheidungsgrundlage, bevor er sich endgültig entschloss, das Projekt tatsächlich in Angriff zu nehmen.

Man traf sich in einem weiteren Online-Meeting und besprach die letzten Anmerkungen und Fragen. Und dann war es soweit: Die Detailplanung und der Bau von LEO_2 konnten beginnen…

Hundstage

Jetzt war es amtlich. Pannonien und Umgebung hatte soeben den wärmsten Juli der Messgeschichte erlebt. Eine besondere Herausforderung waren die teilweise extrem warmen Nächte gewesen, in denen die Temperaturen kaum unter 25°C gesunken waren.

Hundstage

Hundstage …

Bei diesen tropischen Bedingungen, war es eine Wohltat auf die passive Kühlung von LEO_2 zurückgreifen zu können. Nur so war es Irgendwem gelungen, die Raumtemperatur in der Siedlerhütte auf einem erträglichen Niveau zu halten.

Mit den Erfahrungen der letzten Jahre hatte Irgendwer seine Kühlstrategie weiter verfeinert:

Eisspeichertemperatur. Dieses Jahr hatte er die Erwärmung des Eisspeichers nach der Eisperiode bereits Anfang April bei 8°C gestoppt. Seit Anfang Mai war der Kollektor praktisch arbeitslos und wurde fallweise nur noch zur Kühlung des Eisspeichers eingesetzt – sofern die Außentemperaturen niedrig genug dafür waren.

Hundstage: Temperaturen & Arbeitszahl

Obwohl Irgendwer die Temperatur des Eisspeichers nach der Eisperiode auf 8°C bergrenzt hatte (roter Pfeil), war der Kühlvorrat nach 3 Hitzeperioden (grüne Pfeile) nun fast erschöpft. Dafür war aber – mit der schrittweisen Erwärmung des Eisspeichers – auch die Arbeitszahl wieder gestiegen.

Sein Kummer über die dadurch etwas geringere Arbeitszahl bei der Warmwasserbereitung war mit dem Fortschreiten des Jahres sehr rasch der Freude über den größeren Kühlvorrat gewichen. – Mehr noch, er hatte sich für das nächste Jahr schon vorgenommen, die Erwärmung des Eisspeichers nach dem Winter noch früher zu stoppen oder sogar etwas Eis übrig zu lassen …

Raumtemperatur. Da die Siedler sommerliche Raumtemperaturen bis zu 25°C noch als durchaus akzeptabel empfinden, hatten sie in der Regelung festgelegt, dass die Kühlung erst ab einer Raumtemperatur von 24°C aktiviert wurde. Das verhinderte einen unnötigen Verbrauch des Kühlvorrates, der dann dafür für die wirklich heißen Tage zur Verfügung stand.

Warmwasserbereitung. Die Zeitintervalle für die Warmwasserbereitung hatte Irgendwer inzwischen auf Zeiten mit ausreichender Sonnenstrahlung gelegt, womit er zwei Fliegen mit einer Klappe erschlug: (1) konnte der Photovoltaikstrom optimal ausgenutzt werden und (2) fiel die zusätzliche Kühlung durch die Wärmepumpe dann in die warme Tageszeit (genau dort wo sie auch gebraucht wurde).

Kühlstrategie

Die blaue Linie zeigt, mit welcher Leistung der Pufferspeicher (aus dem der Heiz-/Kühlkreis gespeist wird) gekühlt wird. Die passive Kühlung lieferte bei den Bedingungen am 21./22.07.2015 ca. 1 kW Kühlleistung wodurch der Anstieg der Raumtemperatur gebremst (aber nicht gestoppt) wurde. Wenn die Wärmepumpe zur Warmwasserbereitung lief (blaue Pfeile) stieg die Kühlleistung auf ca. 4 kW. Für das tatsächliche Absenken der Raumtemperatur war das nächtliche Lüften zusätzlich zur passiven Kühlung aber unerlässlich.

Lüftung. Die nächtliche Lüftung war ein wesentlicher Bestandteil der Kühlstrategie. Sie entlastete die LEO_2-Kühlung, die während der Nacht per Zeitschaltuhr deaktiviert war, und schonte damit den Kühlvorrat.

Lüften während der Nacht

Kurz vor Sonnenaufgang war die Luft am kühlsten. Gleich nach dem Aufstehen wurden die Fenster geschlossen. Denn bereits um 8 Uhr betrug die Außentemperatur an manchen dieser Hundstage schon wieder um die 30°C.

Und die bei Tag aktivierten Schutzschilde waren ohnehin selbstverständlich …

Sonnenschutz bei Tag

Sonnenstrahlung: Was für die Photovoltaikanlage ein Segen war, war für das angenehme Raumklima im Sommer absolut kontraproduktiv. Daher war es unverzichtbar, die Schutzschilde (wie die Markisetten von den Siedlern genannt wurden) auszufahren.

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 …