Irgendwo im hohen Norden: Expedition Eisspeicher

Sorgenvoll runzelte der Siedler irgendwo im hohen Norden die Stirn, als er – wie immer öfter in den letzten Tagen – einen Blick auf die Messdatenaufzeichnungen warf. Der Soledruck seiner Wärmepumpenanlage zeigte einen eindeutigen Trend nach unten. Und als wäre das nicht schon genug gewesen, schien sich diese Tendenz mit jedem Nachfüllen von Sole auch noch zu verstärken!

IIHN-Soledruck-im-Sinkflug

Besorgniserregend: Soledruck im Sinkflug …

Gefühlte tausend Mal hatte er alle zugänglichen Soleleitungen geprüft und dabei auch die eine oder andere Undichtigkeit beseitigt. Trotzdem musste es irgendwo noch eine weitere undichte Stelle geben. Und die Gewissheit wuchs, dass diese im Eisspeicher sein musste. Mehr noch: er hatte bereits eine ganz bestimmte Stelle im Verdacht …

IIHN-Anschluss-Muffe

So fasste er zu dieser späten Stunde einer kalten Winternacht den einsamen Entschluss, dieser Sache nun engültig auf den Grund zu gehen. Und zwar jetzt! Auf den Frühling zu warten, war was für Warmduscher 😉 …

Schnell nahm sein Plan konkrete Formen an. Und bevor er an diesem Tag zu Bett ging, hatte er noch eine Bestellung abgesetzt, um das letzte Teil zu besorgen, das ihm für die bevorstehende Expedition noch fehlte. Denn zur Zeit war es ziemlich frisch im Eisspeicher und ein Paar Gummistiefel würden wohl nicht reichen …

IIHN-Wathose

Bald war das letzte Puzzlestück zu seinem Plan geliefert: Die Neopren Wathose wartete an der (mit einer hocheffektiven Zutrittskontrolle gesicherten 😉 ) Werkstatttüre auf ihren Einsatz …

Um in den Eisspeicher vordringen zu können, musste er zuerst den Wasserspiegel absenken. Dazu hätte er das Eisspeicherwasser auch einfach nur in den Kanal pumpen können…

… wären da nicht noch diese alten großen Trinkwassertanks gewesen, die er damals vor dem Müll gerettet hatte. Platz genug hatte er ja gehabt in seinem ‚Keller‘, und seine Vermutung, dass man die irgendwann noch einmal gut gebrauchen konnte, hatten sich nun – irgendwie war er selbst ein bisschen überrascht 😉 – bewahrheitet! So musste er nicht einmal einen Tropfen Wasser für seine Kommadoaktion opfern.

IIHN-Wasser-Zwischenspeicher

Die Tauchpumpe wurde in den Eisspeicher hinabgelassen, um gerade soviel Wasser abzupumpen, dass er mit seiner neuen Neopren Wathose trockenen und warmen ‚Fußes‘ in den Eisspeicher einsteigen konnte.

IIHN-Eiswelt

Eine bizarre Eiswelt offenbarte sich ihm. Mit Stirnlampe und Eispickel kämpfte er sich vorwärts, während er sich einbildete aus einer entfernten Ecke schon ein verräterisches Tropfen zu vernehmen – plopp – plopp – plopp …

IIHN-Soletropfen-1

„Hab ich dich!“

Auf frischer Tat ertappt! Gerade sammelte sich der nächste grüne Soletropfen, um sich kurz darauf mit einem satten ‚Plopp‘ in die Fluten des Eisspeichers zu stürzen …

Das Leck hatte sich verraten. Zum einen durch das Tropfen und zum anderen dadurch, dass die austretende Sole das Eis an der Leckstelle geschmolzen hatte. Jetzt galt es  noch zur eigentlichen Ursache vorzudringen. War er sich inzwischen doch ziemlich sicher, dass er ’nur‘ ein paar Schrauben  nachziehen musste …

IIHN-Soleleck-freigelegt

Sein Zimmermannshammer leistete gute Dienste, um das Eis abzuklopfen, sodass er kurz darauf die Ratsche ansetzen und die Schrauben an der Schlauchschelle nachziehen konnte.

IIHN-Expeditionsausrüstung

Expeditionsausrüstung …

Nach getaner Arbeit beobachtete er wieder gespannt den Soledruck und die Sorgenfalten glätteten sich. Er wartete noch ein paar Stunden, bis er endgültig sicher war, dass sich der Soledruck stabilisiert hatte. Bevor er den Eisspeicher wieder mit Wasser auffüllte …

IIHN-Eisspeicher-füllen

Orkrakel und Peak Ice

Wenn der Blubber nicht mit der pannonischen Eisschmelze fertig wird – vielleicht dann das Orkrakel?

Die vom elkement in vielen Jahren liebevoll herangezüchtete Orakelkrake hat endlich ihren großen Einsatz: Wie hat der Verlauf des Eisvolumens mit der Zeit in diesem Winter mutmaßlich ausgesehen?

Die Orakelkrake ist genügsam: Sie ernährt sich primär von Messdaten für Außentemperatur und Strahlung. Füttert man ihr zusätzlich noch so genannte Systemparameter – wie die Heizkurve der Siedlerhütte – dann antwortet sie mit einer Simulation.

Die Sicht des Blubbers:

Die Sicht des Orkrakels:

2016-09 - 2017-03: Temperaturen und Eisvolumen - Simulation

Die Temperaturen im Diagramm sind tägliche Mittelwerte; das Eisvolumen jeweils der Wert am Ende des Tages. Simuliert wird aber in Minutenabständen. Die Temperaturen in allen Tanks und das Eisvolumen wird bestimmt dadurch, wieviel Energie die einzelnen Komponenten verbrauchen oder liefern: Die Wärmepumpe versorgt abwechselnd Puffertank und Hygienespeicher; die Heizkreise entziehen dem Puffer Wärme.

Die aktuelle Heizlast in Abhängigkeit von der Außentemperatur wurde aus den Messungen des monatlichen Energieverbrauchs ermittelt und linear angenähert (bis zur Heizgrenztemperatur). Der COP der Wärmepumpe wird nach den Datenblättern des Herstellers aus Soleeintrittstemperatur und der Vorlauftemperatur berechnet.

Wesentlich ist die Serienschaltung der drei Komponenten im Solekreis: Vedampfer der Wärmepumpe, Kollektor und der Wärmetauscher im Tank. Hier werden die Temperaturen an den Ein- und Austrittspunkten selbstkonsistent ‚im gleichen Moment‘ berechnet – aus Luft- und Tanktemperatur und der aktuellen Entzugsleistung.

Die Logik der Regelung(en) UVR1611 bzw. UVR16x2 und die ‚virtuellen Dreiwegeventile‘ für die Wärmepumpe und den Kollektor werden möglichst realistisch abgebildet: Warmwasserbereitung hat Priorität; der Kollektor wird zugeschaltet, wenn die Lufttemperatur ausreichend über der Soletemperatur liegt.

Der Wärmestrom aus dem / in den Boden wird aus dem Verlauf der Temperatur bis in 10m Tiefe ermittelt, durch Lösung der Wärmeleitungsgleichung. Die Temperatur in der Tiefe ist hier die vorgegebene Randbedingung.

Unter diesen Annahmen liefert das Orkrakel solide Ergebnisse, die der Realität sehr nahe kommen. Peak Ice wird aber um ca. 0,7m3 überschätzt, da die Soleeintrittstemperatur eher überschätzt wird. Das Orkrakel hat nämlich darauf verzichtet, den Wärmetransport im wachsenden Eis zu simulieren oder die Konvektion im Tank (‚4°C-See‘ aufgrund der Dichteanomalie des Wassers). Der Eisspeicher hat in der Simulation immer genau 0°C sobald etwas Eis gebildet wurde. Die Orakelkrake fühlt sich mit diesem gewagten Hüftschuss als Clint Eastwood der Eisspeicher-Simulation. Aber seriösere wissenschaftliche Publikationen zeigen, dass der Wärmetransport zum Eisspeicher-Wärmetauscher nicht wesentlich durch die wachsende Eisschicht beeinträchtigt wird (S.5 dieses Berichts, ‚Ice on Coil‘); somit sollte die Energiebilanz für den Tank halbwegs verlässlich sein.

Jenseits von Pannonien (4)

oder

A Tribute to Richard Feynman

Der geniale Physiker Richard Feynman – ein großes Vorbild von Irgendwem –  war unter anderem für seine ‚Feynman Diagramme‘ berühmt geworden, die erlauben, die Wechselwirkung zwischen Elementarteilchen zu berechnen.

Pinguindiagramm

Mit dem sogenannten ‚Pinguindiagramm‘ wird die Wechselwirkung zwischen Quarks dargestellt.

(Wem extrem langweilig ist, der kann dazu die entsprechenden Postings des Quanten-Elementes lesen.)

Eine Idee, die Irgendwer für den Bau des Wärmepumpensystems LEO_2 aufgegriffen, adaptiert und bis ins letzte Detail verfeinert hatte. Denn nur zu oft hatte er miterleben müssen, dass Installationsarbeiten verzögert wurden, weil ein bestimmtes ‚Teilchen‘, meistens ein passendes Rohrleitungs-Fitting, fehlte. Im günstigsten Fall wurden dann mehrere Fittings auf abenteuerliche Weise zusammengeschraubt, in ungünstigeren Fällen mussten mit einigen Stunden Verzögerung Teile ‚aus der Firma‘ besorgt werden, und im schlimmsten Fall musste etwas bestellt werden, das dann erst Tage später zur Verfügung stand.

Mit Irgendwessen Verrohrungsdiagrammen (kurz ‚I-Verrohrungsdiagramme‘) gehörte das der Vergangenheit an!

Irgendwessen Verrohrungsdiagramm

Dieses I-Verrohrungsdiagramm zeigt zum Beispiel den Austritt des Solekreises aus dem Eisspeicher mit Sicherheitsgruppe und Füllventilen). Unterschiedliche Dimensionen werden farblich dargestellt.

Diese stellten ein Hydraulikschema bis ins letzte Einzelteil zerlegt exakt dar. Jedes Fitting erhielt sein eigenes Symbol, das durch Farbe und Form charakterisiert wurde. So wurde aus einem Übergangsnippel 40/50mm x 1 1/2″ Aussengewinde ein simples Übergangsnippel 40/50 mm x 1 1/2" Außengewinde aus einer Reduziermuffe 1 1/4″ Innengewinde x 1″ Innengewinde ein Reduziermuffe 1 1/4" IG x 1" IG und eine Flachdichtende Verschraubung, 2fach Klebemuffe 40mm sah mit Flachdichtende Verschraubung 2fach Klebemuffe 40mm schon viel weniger furchterregend aus …

Freilich, einem Installateur durfte man so etwas nicht(!) zeigen. Irgendwer hatte das einmal aus Versehen gemacht. Alleine den Blick, den er damals geerntet hatte, würde er sein Leben lang nicht mehr vergessen. Wenn Blicke sprechen könnten, hätte dieser wahrscheinlich so etwas gesagt, wie:

„Wos hod denn dea g’raucht … ?!“

Und den Nobelpreis würde Irgendwer mit dieser Revolution der Verrohrungsplanung wahrscheinlich auch nicht gewinnen.

Aber für die individuelle Planung der Verrohrung von LEO_2 war es perfekt!  Wenn die Gegebenheiten und Abmessungen Vor-Ort nach einer ersten Besichtigung bekannt waren, konnten mit etwas räumlichem Vorstellungsvermögen die benötigten Teile ermittelt, kombiniert und optimiert werden.

So hatte das Irgendwer auch für den Solekreis in der Hütte des unerschrockenen Siedlers gemacht. Die Teile und Fittings für die Verrorhrung wurden gemäß Irgendwessen Verrohrungsdiagrammen geplant und bestellt. Verrohrungssegmente, die nicht von den örtlichen Naturmaßen abhängig waren wurden vormontiert und so auf die Baustelle geliefert.

Soleverrohrung-Vormontiert

Die Soleverrohrung wurde vormontiert auf die Baustelle geliefert, um Fehler durch die Monteure zu vermeiden.

Den Monteuren musste dann ’nur noch‘ anhand einfacherer Skizzen erklärt werden, wie die einzelnen Segmente zu verbinden waren.

Hydraulikschema Solekreis (einfach)

Hydraulikschema Solekreis im Technikraum (vereinfacht)

Damit war es auch für einen normal begabten Installateur ohne LEO_2 – Spezialwissen kein Problem, die Anlage korrekt zu verrohren.

LEO_2-Technikraum

Fertig verrohrte Wärmepumpenanlage LEO_2 (Technikraum).

Und bald war ein weiterer Meilenstein geschafft: der letzte Übergangsmuffennippel war verschraubt und die Anlage bereit zur Befüllung …