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)

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.

 

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.

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.

Das Besondere an LEO_2: (2) Dumme Wärmepumpe – Schlaue Regelung

Es ist gar nicht so einfach, die optimale Wärmepumpe für das Wärmepumpensystem LEO_2 zu finden. Aber nicht deswegen, weil es für diese Wärmepumpe ungewöhnliche oder komplizierte Anforderungen gäbe. Nein, sondern weil die ‚dümmste‘ und einfachste – und damit günstigste – Sole/Wasser Wärmepumpe bereits alle Voraussetzungen erfüllt. Solche einfachen Wärmepumpen sind aber heutzutage kaum noch auf dem Markt zu finden.

Dumme Wärmepumpe

Die ‚dümmste‘ Sole-Wasser-Wärmepumpe mit minimalem Funktionsumfang ist für das Wärmepumpensystem LEO_2 bereits ausreichend.

Für LEO_2 kann jede Sole-/Wasser Wärmepumpe eingesetzt werden, die folgende Anforderungen erfüllt:

  1. Die gewünschte Heizkreis-Vorlauftemperatur soll auf einen Festwert einstellbar sein.
  2. Die Wärmepumpe soll über einen Schaltkontakt von einer externen Steuerung eingeschaltet (‚angefordert‘) werden können. Viele Wärmepumpen haben einen sogenannten EVU-Kontakt, der dafür verwendet werden kann.
  3. Die Wärmepumpe muss die Solepumpe über einen Schaltkontakt einschalten (‚anfordern‘), der von einer externen Steuerung abgegriffen werden kann.

Die (Jahres-)Arbeitszahl wird ohnehin nur zu einem geringen Anteil durch spezielle (aber teure) ‚Features‘ der Wärmepumpe bestimmt, sondern zum überwiegenden Anteil durch die Bauweise und Nutzung der Gesamtanlage sowie durch die Regelung.

Beim Wärmepumpensystem LEO_2 wird daher die in der Wärmepumpe eingebaute Regelung nur für die ‚grundlegenden Lebensfunktionen‘ der Wärmepumpe genutzt (Einschalten, Ausschalten, Überwachung/Regelung des Kältemittelkreises).

Die Steuerung der Gesamtanlage (Regelung der Wärmequelle, Heizungs- und Kühlregelung, Warmwasserbereitung) übernimmt die frei programmierbare Universalregelung UVR1611 in Kombination mit einem C.M.I. (Control and Monitoring Interface). Diese Kombination hat folgende Eigenschaften:

  1. Individuell nutzbare Sensor-Eingänge und Aktor-Ausgänge zum Ansteuern von Pumpen, automatischen Ventilen oder Mischern. Über Zusatzmodule ist die Anzahl der Ein-/Ausgänge erweiterbar.

    UVR1611-Ein-Ausgänge

    Skizze der UVR1611 Ein- / Ausgänge (vgl. Handbuch UVR1611 der Technischen Alternative)

  2. Die Steuerungslogik kann individuell auf die Erfordernisse des Projektes angepasst werden. Sie ist offen für die laufende Anlagenoptimierung und für eventuelle spätere Erweiterungen.

    UVR1611-Regelungslogik

    Die Regelungslogik kann in einem graphischen Tool (‚TAPPS‚) auf dem PC individuell programmiert und danach auf den Regler geladen werden.

  3. Der aktuelle Betriebszustand der Gesamtanlage kann in einer Online-Übersicht aller Messwerte dargestellt werden (‚Online-Schema‘)

    Onlineschema-LEO_2_Pilotanlage

    Das Onlineschema der Anlage wird individuell mit dem Programm TA-Designer erstellt. Es zeigt auf einen Blick die Übersicht über alle aktuellen Messwerte, sowie die Schaltzustände der Ausgänge.

  4. Der zeitliche Verlauf von Messwerten und Schaltausgängen kann mit Hilfe des C.M.I. in einem Logfile aufgezeichnet werden. Dieses kann zur Anlagenoptimierung oder Fehleranalyse verwendet werden.

    Zeitverlauf Messwerte Winsol

    Der Zeitverlauf aller aufgezeichneten Messwerte wird mit dem Programm ‚Winsol‚ dargestellt. Für die individuelle Weiterverarbeitung der Messwerte ist ein Export in das *.csv Format möglich.

  5. Über das C.M.I. ist der Fernzugriff – über ein lokales Netzwerk oder das Internet – auf die Regelung, das Onlineschema und die Monitoring-Daten möglich (Fernwartung).

    CMI-Onlineportal

    Auf alle Funktionen und Konfigurationsmöglichkeiten, die für Betrieb und Wartung der Anlage nötig sind, kann über das C.M.I. zugegriffen werden.

  6. Die Software zur Programmierung der Regelung, zur Erstellung des Online-Schemas und zum Datenmonitoring wird von der Technischen Alternative kostenlos zum Download bereitgestellt.

LEO_2 ist 1

25.Oktober 2012: das war das denkwürdige Datum des Inbetriebnahmeprotokolls – und  damit der Geburtstag der Wärmepumpenanlage LEO_2. Kaum zu glauben, dass ‚Die Erfindung‘ nun schon seit mehr als einem Jahr verlässlich ihren Dienst verrichtete.

LEO_2 ist 1

Unbemerkt von der Weltöffentlichkeit hatte LEO_2 am 25.10.2013 seinen ersten Geburtstag gefeiert.

Am 1. November 2012 hatte Irgendwer seine systematischen Messaufzeichnungen begonnen, die mitunter lebensgefährliche Einsätze erforderten. Höchste Zeit eine Bilanz über das erste Betriebsjahr (01.11.2012 – 31.10.2013) zu ziehen:

Wärmebedarf. Der Winter 2012/2013 war zwar nicht besonders kalt, dafür aber ungewöhnlich lange gewesen. Sogar im Juni musste noch einmal die Heizung angeworfen werden. Damit lag der Gesamtwärmebedarf – also die gesamte von der Wärmepumpe bereitgestellte Wärmeenergie – bei knapp 20.000 kWh (Heizung: 76% und Warmwasser: 24%) .

Energieverbrauch Heizung und Warmwasser 2012-2013

Energieverbrauch für Heizung und Warmwasser im Betriebsjahr 2012/2013

Strombedarf und Arbeitszahl. Zur Erzeugung dieser Wärmemenge hatten Wärmepumpe und Solepumpe gemeinsam ca. 4.575 kWh verbraucht, was einer Jahresarbeitszahl JAZ = 4,35 entsprach. Obwohl das Erdgeschoß der Siedlerhütte mit Flachheizkörpern beheizt wurde, konnte diese relativ hohe Arbeitszahl (1) durch eine optimierte Regelung für Heizung und Warmwasserbereitung und (2) durch eine im Jahresdurchschnitt hohe Sole-Eintrittstempertur von ca. 4,5°C in die Wärmepumpe erreicht werden.

Monatsarbeitszahlen für das Betriebsjahr 2012/2013

Monatsarbeitszahlen für das Betriebsjahr 2012/2013

Besonders in der Übergangszeit arbeitete das Wärmepumpensystem aufgrund der  hohen Soletemperaturen besonders effektiv. Im September 2013 lag die Monatsarbeitszahl bei 5,0 und im Oktober 2013 sogar bei 5,3.

Auch in den Sommermonaten, in denen die Wärmepumpe nur zur Warmwasserbereitung verwendet wurde, war die Monatsarbeitszahl nie kleiner als 4,5.

Umweltenergie. Übers Jahr hatte die Wärmepumpe etwas mehr als 15.400 kWh der Umwelt entzogen. Den Löwenanteil lieferte mit fast 85% der Schlauchkollektor (direkt oder indirekt über Zwischenspeicherung im Tank). Der Rest wurde durch Abkühlen des Tanks und des umgebenden Erdreiches sowie durch das Gefrieren des Wassers im Tank (‚Eisspeicher‚) gewonnen.

Eis. Zwischen 07.12.2013 und 31.03.2013 hatte sich Eis im Eisspeicher gebildet, das zwischendurch auch wieder vollständig geschmolzen war. Maximal waren am 29.01.2013 etwa 1/5 des Tanks, also ca. 5m3 gefroren.

Kollektorernte 2012/2013

Kollektorernte für das Betriebsjahr 2012/2013: Fast 13.000 kWh hatte der Kollektor aus der Umwelt geerntet – bevorzugt im Winter.

Kollektor. Der Kollektor hatte praktisch nur während der Heizperiode Wärme aus der Umwelt gewonnen – dann aber besonders effektiv. Für die Warmwasserbereitung im Sommer reichte die Energie aus dem Wassertank, dem zeitweise auch Energie durch die passive Kühlung der Siedlerhütte zugeführt wurde. Die Kollektorernte wurde sogar zeitweise negativ! Nämlich dann, wenn der Kollektor zum Kühlen des Tanks eingesetzt wurde – zum Aufbau eines Kühlvorrats für die passive Kühlung.

Spezialtomate

Da der Kollektor im Sommer nicht für die Energiegewinnung gebraucht wurde, konnte er als Spalier für die Züchtung von Spezialtomaten verwendet werden.

Kühlen. Der Sommer war durch zwei Hitzeperioden geprägt, die durch die passive Kühlung des Obergeschoßes stark gemildert werden konnten. Außerhalb dieser Hitzeperioden war die passive Kühlung kaum in Betrieb, da normales Lüften  ausreichte, um angenehme Temperaturen in der Siedlerhütte zu schaffen.

Betriebsstunden. Bei einem Beobachtungszeitraum von exakt 8.808 Stunden war die Wärmepumpe in diesem Jahr 2.474 Stunden (28% der Zeit) gelaufen. 3.043 Stunden (35%) wurde Sole durch den Kollektor gepumpt. Die Solepumpe selbst war zum Heizen und passiven Kühlen insgesamt 3.784 Stunden (43%) in Betrieb.

Kosten und Ersparnis im Betriebsjahr 2012 / 2013

Kosten und Ersparnis im Betriebsjahr 2012 / 2013

Betriebskosten. Die Heizkosten, bestimmt durch den Stromverbrauch von Wärmepumpe und Solepumpe, lagen bei knapp € 800,–. Der Stromverbrauch der beiden (alten) Heizungsumwälzpumpen schlug zusätzlich mit ca. € 45,– zu Buche. Damit hatte sich Irgendwer gegenüber seiner alten Gas-Brennwert-Heizung 47% der Betriebskosten und ca. 4 Tonnen CO2 erspart.

Weiterführende Informationen: Die Details zur Anlage und zu den Messdaten des Betriebsjahres 2012/2013 sind auf der punktwissen Webseite abrufbar.

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 …