5 Jahre Tüftelei

Am dreiundzwanzigsten Dezember, Anno 2012 spitzte Irgendwer zum ersten Mal seinen virtuellen Federkiel und schrieb eine kleine Geschichte:

Doch dann hatte Irgendwer eine Idee ausgetüftelt, sich ans Reißbrett gesetzt, unzählige Entwürfe gezeichnet und wieder zerknüllt, nächtelang recherchiert und gegrübelt. Schließlich war ihm das Elkement mit seinem spitzen Rechenstift zu Hilfe gekommen und hatte theoretisch bestätigt, was er intuitiv vermutet hatte. Dann wurde in der Werkstatt gezimmert, geschraubt, geklebt, gepinselt und abgedichtet …

Zum ersten Mal wurde der Weltöffenlichkeit ein Blick auf den Kollektor 1.0 gewährt:

Der Urkollektor.

Mittlerweile sind 5 Jahre in das idyllische Land gezogen und die Anlage von Irgendwem und dem Elkement erlebte unzählige Mutationen. Irgendwer musste viele Abenteuer bestehen, die ihn oft an seine mentalen und physischen Grenzen brachten. Vom White-Out…

White-Out

… bis zum Kampf mit gar unheimlichen Kreaturen:

Kampf mit der Flexschlauch-Anaconda

Irgendwer folgte seiner innerem Stimme, die ihm sagte, dass er mutig vorangehen musste.

Und jetzt Du!

Die sehr scheuen pannonischen Tüftler schreckten sich fast, als sie telegraphische Post von anderen Siedlern erhielten – die Irgendwessen Aufruf tatsächlich folgen wollten!!

Und so ritt Irgendwer an einem legendären Morgen im Februar 2014 in den Sonnenaufgang – bepackt mit den Bauteilen für einen Tank-Wärmetauscher:

PVC-Trägerkonstruktion: Transport

Auf dieser Baustelle kam auch Cutting Edge Technology zum Einsatz  …

Internet-of-Things und Basteln 4.0

… und die Siedler begannen intern zu scherzen als (Ex-)Computer-Fuzzis :

Irgendwann machen wir so ein Wärmepumpenprojekt komplett als Fernprojekt!

Und im Herbst 2014 kam sie dann, die Rohrpost vom anderen Ende des Kontinents – der Beginn eines außergewöhnlichen Projektes, das ob der großen Entfernung zwischen dem Hohen Norden und Pannonien alleine auf die Mittel der modernen Kommunikation angewiesen war.

Seitdem wurden Elkement und Irgendwer ordentlich gefordert. Es gab offenbar ein kleines aber feines Grüppchen unerschrockener, verwegener und manchmal sogar tollkühner Siedler, die ihre Begeisterung für Eisspeicher, Wärmepumpen, Selber-Bau und Regelungs-Tüfteleien teilten.

Zaghafte Ideen irgendetwas zu ’standardisieren‘ wurden glücklicherweise durch die Ideen dieser motivierten Siedler im Keim erstickt:

Siedler bauten ihre Eisspeicher-Keller neu

Wärmetauscher in neu gebauten 'Eisspeicher-Keller'

… oder sie nutzen vorhandene Hohlräume wie  Zisternen oder Senkgruben

Flexschläuche -Senkgrube als Eisspeicher

Ein cleverer Siedler adaptierte ein altes Schwimmbecken. Ein anderer griff zum Vorschlaghammer, um einen bereits vorhandenen Eisspeicher umzubauen!

Eisspeicher waren eckig oder rund

Zylindrischer Eisspeicher selbst gemauert

… oder gebräuchliche Betonzisternen – eine oder zwei …

… oder besonders futuristische Kunststofftanks:

NEO und QUADRO

Diese Speicher wurden verbunden mit Kollektoren aller Art: Der zeitlos-klassische Schlauchkollektor auf Lärchenholz kann zaunartig montiert werden…

Kollektor auf Garagendach

… oder auch kühn an die Wand eines Hochbunkers gelehnt werden:

Kollektor am Hochbunker

Innovative Siedler bauten solarthermische Kollektoren um oder installierten einen Kollektor als Kühlung für ihre PV-Module. Ein echter Pionier arbeitet mit dem, was da ist: Auch industrielle Stahlwärmetauscher die irgendwo übrig geblieben waren hatte ein Ingenieur-Siedler in Erwägung gezogen.

Aber die Kombiquelle Eisspeicher und Kollektor ist für manche Siedler nicht Herausforderung genug. So erhielten Frau El(k)ement und Herr Irgendwer eine Anfrage zu einer Tüftelei, die dieser Bezeichnung alle Ehre machte. Seitdem wurde auch die Eisspeicher-Brunnenquelle ins Programm aufgenommen.

Auch was Verteilung und Speicherung der Wärme in der Siedlerhütte betrifft, sind die Siedler-Erfinder kreativ. Vorhandene Speicher mit kryptischem hydraulischen Verhalten wurden erforscht und so manches Wochenende der Bastelei im Heizraum gewidmet. Speicher wurden über engste Kellerstiegen in Heizungsräume transportiert die so klein waren, dass es physikalisch zunächst unmöglich erschien, alle nötigen Anlagenkomponenten dort unterzubringen. – Aber wo ein Wille, da auch ein Weg!

Mit Irgendwem hatten die Siedler diverse hydraulische Schaltungen ausgetüftelt, um u.a. aktivierte Betonkerne einzubinden – oder Wärmetauscher für Kühlung bzw. Wärmerückgewinnung.

Dank peniblester Dokumentation und ausführlichen Berichten der mutigen Siedler hatten die Pannonier immer das Gefühl, direkt in deren Werkstatt live dabei zu sein …

Siedlerwerkstatt: Kappsäge

Natürlich wurden auch unterschiedlichste Wärmepumpen ausprobiert – von den klassischen Fabrikaten aus Deutscher Ingenieurshand

Satelliten-Wärmepumpe

… bis zur berühmt-berüchtigten Chinesischen Wärmepumpe

Verwegen! (HISEER-Wärmepumpe)

Außerdem soll nicht unerwähnt bleiben, dass man gar keine Wärmepumpe haben muss, um ein Teil der Siedler-Tüftler-Community zu sein: Auch Solaranlagen geben Irgendwem immer wieder interessante Regelungsrätsel auf.

In diesem Sinne möchten sich die pannonischen Siedler nach 5 Jahren der abenteuerlichen Tüfteleien bei allen anderen Siedlern für ihren Mut bedanken!

__________________________________

Weiterführende Literatur: Die chronologische Liste aller veröffentlichten Geschichten anderer Siedler sind auf dieser Seite aufgelistet.

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

Das Kollektor-Paradoxon

Kürzlich wurde hier das übliche Messdaten-Update abgefeiert. Die PDF-Messdatendokumentation enthält inzwischen schon fünf komplette Heizsaisonen:

Heizenergien (inkl. Warmwasser), elektrische Energien (inkl. Solepumpe) und die resultierende Arbeitszahl für die bisherigen Saisonen. Zu speziellen Experimenten in jedem Jahr siehe Text des Postings oder das oben verlinkte PDF.

Es wird Zeit, endlich die fundamentalen Fragen der Eisspeicher- und Kollektor-Forschung in Angriff zu nehmen.

Welchen Einfluss hat die Fläche des Kollektors auf die Performance der Anlage?

und

Wie stark ist der Kollektor?

Im Herbst 2014 hatte Chefingenieur dieses Forschungsprojekt gestartet und schnell einmal den Kollektor umgebaut. Nicht nur wegen der Ästhetik der Lärchenholzkonstruktion, sondern um die nutzbare Fläche umschalten zu können – von 12m2 auf 24m :

Kollektorschaltungen

OBEN: Voller Kollektor, Schaltung wie in den Heizsaisonen 2012, 2013 und 2017 (aktuell). UNTEN: Halber Kollektor, verwendet in den Saisonen 2014, 15, und 16.

Nun gilt es, Heizsaisonen zu finden, die sich (fast) nur durch die genutzte Kollektorfläche unterscheiden.

Die Saisonen 2014 und 2016 fallen einmal weg, da die Siedler hier versucht haben, einen riesigen Holzhaufen ökologisch sinnvoll wegzubringen … ein Problem mit dem ein renovierungswürtiger Siedler sich hin und wieder konfrontiert sieht:

Die Siedler vor über eine Dekade – zum Zeitpunkt der größten Zerstörung. Das Bild zeigt einen kleinen Teil des übrigen ‚Brennholzes‘.

So wurde in diesen Saisonen nur das Untergeschoß mit der Wärmepumpe beheizt. Aufgrund des atypischen Kollektorbetriebs während der Eisspeicher-Challenge muss man die Saison 2014 ohnehin aus der Wertung nehmen.

Dann sollte auch der Jahres-Energiebedarf vergleichbar sein: Die kalten Winter 2012 und 2016 fallen damit weg.

Es bleiben die eher wärmeren Saisonen 2013 (ganzer Kollektor) und 2015 (halber Kollektor): Das ganze Haus wurde mit der Wärmepumpe beheizt; Heizenergien und Entzugsenergien waren sehr ähnlich.

Aber der Blick auf die Jahresarbeitszahlen verursachte ein erstes Stirnrunzeln. Die waren praktisch identisch (!). Um eine Tendenz erkennen zu können, musste man tiefer graben und die Eisperioden (Dez/Jan/Feb) vergleichen. Dort erkennt man zwar einen Unterschied, der fällt aber weit geringer aus, als man ihn vielleicht erwarten würde

In der Eisperiode für den halben Kollektor war:

  • die Kollektorernte um ca. 10% niedriger
  • die Arbeitszahl um ca. 0,2 Punkte geringer
  • die Sole-Eintrittstemperatur in die Wärmepumpe um ca. 1,5K geringer
Halber-Kollektor-vereist

Der halbe Kollektor in Betrieb.

Die Siedler überprüften Ihre Datenkrake auf Bugs und versuchten alte handschriftliche Notizen zu entziffern. Kann das stimmen?

Aber eigentlich hätte sie es schon lange wissen müssen: Das Orkrakel – ihre Simulation des Wärmepumpensystems hatte diesen Trend vorhergesagt. Aber auch die ersten Berechnungen aus grauer Vorzeit liefern den Schlüssel zur Lösung des Rätsels. So hatten die Siedler doch tatsächlich verdrängt, dass sie sich vor Jahren – vor dem Bau von LEO_2 – schon theoretisch damit beschäftigt hatten, was eine Vergrößerung der Kollektorfläche bringen kann.

Schon damals war ihnen die Bedeutung der Serienschaltung des Kollektors mit dem Wärmetauscher im Eisspeicher bewußt gewesen.

Für the ‚theoretische Abhandlung von Wärmetauschern in Serie‘ muss man eigentlich nur zwei Dinge wissen:

  1. Die Leistung eines Wärmetauschers kann man auf zwei Arten darstellen: Einerseits als proportional zur Differenz der Soletemperaturen beim Ein- und Austritt – und andererseits als proportional zur mittleren Temperaturdifferenz zwischen Sole und dem umgebenden Medium (Luft oder Wasser im Tank).
  2. Wenn man Wärmetauscher in einem Kreis zusammenhängt, sind ihre Leistungen nicht unabhängig, da sie die Temperaturen an den Verbindungspunkten gemeinsam haben.

Wenn die Wärmepumpe nicht läuft, dann müssen Kollektor und Tankwärmetauscher beide genau die gleiche Leistung ‚tauschen‘. Kennt man Luft- und Tanktemperatur, Schlauchlängen und Übertragungsfaktoren – dann kann man die Wärmetauscherleistung ausrechnen.

Das Orkrakel kennt die Leistung der Wärmepumpe und deren Spreizung im Solekreis – und berechnet nach diesen Prinzipien so die Soletemperatur an den interessanten drei Verbindungspunkten im Solekreis:

3-Punkte-Methode - Wärmeaustauscher und Solekreis: Eisspeicher, Wärmepumpe, Kollektor.

Überblick über Wärmeaustauscher und Solekreis. Die drei ‚interessanten‘ Temperaturen im Solekreis, vor/nach Wärmepumpe, Kollektor und Tank können berechnet werden aus der aktuellen Wärmepumpenleistung, Außen- und Tanktemperatur.

Der entscheidende Punkt lässt sich schon erkennen, wenn man den ‚Regenerationsbetrieb‘ ohne Wärmepumpe betrachtet:

Die aktuelle Ernte-Leistung des Kollektors ist proportional zum Temperaturunterschied von Luft und Tank … nicht sehr überraschend! Je wärmer die Luft im Vergleich zum Tank, umso mehr kann man ernten.

Dann spielt die Kombination der Wärmeübertragungseigenschaften der beiden Wärmetauscher eine Rolle: Wie man – eigentlich auch wieder ohne Forschungsprojekt – erwarten hätte könne, ist die übertragene Leistung sehr klein, wenn einer der beiden Wärmetauscher sehr ’schlecht‘ ist im Vergleich zum anderern: Wenn z.B. der Schlauch im Tank unverhältnismäßig kurz wäre, oder wenn statt einem Schlauchkollektor (mit gutem Wärmeübergang durch Konvektion) ein Flachkollektor verwendet würde.

Wenn man in so einem suboptimalen Fall den ohnehin schon viel besseren Wärmetauscher noch besser macht, dann ändert sich nicht viel. Macht man stattdessen den schlechteren besser, sieht man – eh klar – eine deutliche Verbesserung. Haben beide Wärmetauscher Übertragungseigenschaften in der gleichen Größenordnung – wie das die typischer ‚Siedler-Dimensionierung‘ vorsieht, dann kann die Größe oder ‚Stärke‘ jedes Wärmetauschers vergleichsweise deutlich ändern, ohne drastische Auswirkung. Z.B. wird durch Vergrößerung der Kollektorfläche die Leistung besser, aber sie wächst weniger als linear.

Damit ist auch die Frage nach der Stärke des Kollektor beantwortet: Man kann nicht sagen, wieviel ein Kollektor in kW oder in kW pro Fläche bringt, wenn man nicht auch die Eigenschaften des dazugehörigen Wärmetauschers im Tank kennt.

Noch einen subtilen Effekt gilt es zu berücksichtigen: Der halbe Kollektor bringt nun fast die doppelte Leistung pro Fläche. Aber damit alles zusammenpasst, muss nach den genannten ‚Wärmetauschergrundsätzen‘ auch die mittlere Temperaturdifferenz zum umgebenden Medium größer werden: das Produkt aus Fläche und dieser Temperaturdifferenz darf sich ja fast nicht ändern.

Nachdem die Lufttemperatur vorgegeben ist, muss damit die mittlere Soletemperatur sinken und damit sinkt die Arbeitszahl etwas – genau der Effekt, den die Siedler in den Daten für die Eisperioden sehen.

Irgendwo im hohen Norden: Expedition Wärmepumpe

Irgendwer hatte sich schon Sorgen gemacht, ob der langen Sendepause vom unerschrockenen Siedler im hohen Norden. Aber er wusste ja, dass dieser mit jeder Sekunde seiner Zeit haushalten musste. Denn schließlich machte doch eine LEO_2 Wärmepumpenheizung nur dann richtig Spaß, wenn man auch eine Siedlerhütte zum Beheizen hatte – und die wollte erst gebaut werden …

So war es dann soweit, dass dieselbe Gestalt angenommen hatte, und angesichts der langsam hereinbrechenden kälteren Jahreszeit das Thema Heizung wieder an Bedeutung gewann.

Das Dasein der ‚Dummen Wärmepumpe‘ in ihrer Holzkiste hatte ein Ende und sie wurde an ihren endgültigen Aufstellungsplatz gebracht. Und nicht nur das. Nach Kiste und Schutzfolie wurden auch die Abdeckbleche entfernt, wodurch ein überraschend sauber verarbeitetes und aufgeräumtes Inneres offenbar wurde.

IIHN-Waermepumpe-Innereien

Eine spannende Expedition in diese weitgereiste exotische Maschine stand bevor, um ihr auch noch die letzten Geheimnisse zu entreißen, die das in etwas gewöhnungsbedürftigem Englisch verfasste Handbuch noch nicht preisgegeben hatte. Besonders diese kryptische Schatzkarte, die sie im Handbuch gefunden hatten, sollte dabei den Weg weisen:

IIHN-Schatzkarte

Der unerschrockene Siedler bewaffnete sich mit festem Schuhwerk, Stirnlampe, Schraubenzieher, Fotoapparat und ausreichend Proviant, bevor er sich auf den Weg machte, um akribisch jeden noch so entlegenen Winkel zu erforschen und zu dokumentieren.

IIHN-Waermepumpe-E-Anschluesse

Irgendwer war besonders  an den elektrischen Anschlüssen interessiert. War es doch der Plan, einige der eingebauten Komponenten – z.B. den elektrischen Heizstab – über die Universalregelung UVR16x2 anzusteuern. Denn die im Handbuch beschriebene Regelungslogik entsprach – wie von einer ‚Dummen Wärmepumpe‘ auch nicht anders zu erwarten – noch nicht ganz seinen Vorstellungen.

IIHN-Kabelbeschriftungen

Es war fast enttäuschend. Noch vor der ersten Übernachtung in der Wärmepumpe, ja sogar noch bevor das erste Proviant-Paket geknackt werden musste, war die Expedition auch schon wieder zu Ende. Alle offenen Rätsel waren gelöst. Denn sämtliche Kabel und Anschlüsse waren von einem Spielverderber mit Wegweisern beschriftet worden, die genau der Schatzkarte entsprachen.

Jetzt war Irgendwer wieder am Zug, um die ‚Dumme Wärmepumpe‘ in die Regelungslogik der UVR16x2 einzubinden. Aber auch das hatte er schon im Vorfeld ausgetüftelt und die Umsetzung war nur noch Formsache …

IIHN-UVR16x2-Regelungslogik

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!

____________________________________

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

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.

Independence Day

Es war am 26. Februar 2017, als jene historischen Worte unter dem Betreff ‚Independence Day‘ mittels elektronischer Post bis nach Pannonien gelangt waren:

„… Wir feiern den Anschluss der Hausheizung. Die Gasuhr steht 🙂 …“

‚Hinter den Deichen‘ war eine neue Ära angebrochen! Aber alles der Reihe nach. Eine Eisspeicher-Chronologie im Originalton:

07.01.2016: [Die Anfrage war schon einmal vielversprechend]:

„… Hallo Forscher im weiten pannonischen Süden. Irgendwas im hohen Norden hinter den Deichen, wo das Elend so groß ist, das selbst die Möwen rückwärts fliegen, damit sie das Elend nicht sehen müssen, sagt mir, dass ich von Irgendwem einmal Checklisten anfordern sollte …“

27.01.2016: [Bestandsaufnahme. Die Rüsselpest und ein Delirium bringen das Projekt fast zum Scheitern, bevor es begonnen hat]:

“ … Werde nun meine Hausaufgaben abarbeiten. Hier ist leider die Rüsselpest ausgebrochen. 1640, als die Pest nach London kam, hatte das ja den „Newton-Effekt“. Ein noch wenig erforschter Effekt, bei dem ein kluger Mensch von der Stadt aufs Land zieht um so wenig wie möglich anderen Menschen zu begegnen. In dem dann zwangsläufig entstehenden Kommunikationsvakuum steigt die Wahrscheinlichkeit sprunghaft, wichtige wissenschaftliche Erkenntnisse zu gewinnen …“

14.03.2016: [Detailplanung für den Eisspeicher]:

„… Den Tiefbauer für mein Mausoleum habe ich schon …“

21.03.2016: [Go!]:

„… Es geht in der letzten Aprilwoche los. In 3 Tagen will der Tiefbauer ca. 60 m³ Erde aus dem Garten schaffen … Nebenbei habe ich ein PV-Projekt angeschoben. Schließlich bin ich nun auf der Suche nach Strom …“

29.04.2016: [Es geht voran]:

“ … Die Solarmodule sind auf dem Dach. Der Eisspeicher ist immer noch virtuell. Dafür ist die Baugrube aber schon real. Anfang der Woche wird die Bodenplatte von uns gegossen. Danach geht es Stein für Stein in Richtung Sonne …“

ID-Bagger

23.05.2016: [Abenteuerurlaub]:

“ … Ich hatte Arbeitsurlaub 🙂 Der Speicher ist jetzt auf Sollhöhe 2.20 m.  Jetzt lassen wir das Ganze erst mal schön aushärten … „

08.06.2016: [Opa ist ein alter Fuchs im Baugewerbe]:

“ … Die Hohlkehle innen unten ist fertig. Jetzt kommt noch eine Zementschlämme mit Wasserglas und dann planen wir einen Bitumen-Kaltanstrich von innen, in der Hoffnung dass das Wasser auch da bleibt wo es sein soll …“

ID-Eisspeicher

22.08.2016: [Meilenstein Eisspeicher und erste Erfolge als Kraftwerksbauer]:

“ … Decke auf dem neuen Eisspeicher ist fertig und das Ganze ist jetzt schön ausgehärtet … Da kann ein Panzer drüber fahren … Seit die Photovoltaik-Anlage läuft sind wir stromautark. Na ja, im Sommer keine Kunst. Der Tesla-Speicher rettet uns locker über die Nacht …“

22.08.2016: [Ästhetik ist im Heizungskeller zweitrangig]:

„… Da der alte Kessel einfach dort stehen bleiben soll, wo er ist, wird das hinterher aussehen wie eine Molkerei (viele Rohre) 🙂 Aber ich wohne ja nicht im Keller …“

31.08.2016: [Beschaffung Wärmetauscher/Kollektor]:

„… die gemeine schwarze, von Luft und Sonne lebende, Zaunanakonda hat so ihre Tücken 😉 …“

14.09.2016: [Eine Herausforderung: Wie bringt man einen 1000 Liter Hygienespeicher in den Heizungskeller]:

“ … z.Z. prüfen wir gerade in einem interdisziplinären Arbeitskreis mit Hilfe einer aufwendigen 3D-Simulation, ob wir den Kessel nicht doch die Treppe runter und in den Keller bekommen (also kein Kellerwanddurchbruch). Motto in Deutschland: Wenn Du nicht mehr weiter weißt, bilde einen Arbeitskreis 😉 …“

[Ein Kindheitstraum wird wahr]:

„… Am Wochenende will ich den Graben vom Keller zum Eis-Speicher mit einem Minibagger ziehen, endlich kann ich auch mal Bagger fahren 😉 …“

[Aber bring bitte vorher deine Familie in Sicherheit!].

ID-I-Diagramm

21.09.2016: [Verrohrungsdetails Heizungskeller – ’spannende‘ I-Diagramme]:

“ … Ah spannend, Deine I-Diagramme sind echt gut. Hast Du Dir die Icon-Sprache schon patentieren lassen? …“

29.09.2016: [Fortschritte in der Schlangengrube]:

“ … Bin jetzt mit dem Wärmetauscher fast durch. Die Schläuche und Kabel sind vom Heizkeller zum Eisspeicher verlegt und der Graben ist wieder zu. Der Keller ist wieder zu gemauert (wir sind doch durch die Wand). Die WP und der Kessel sind im Keller …“

ID-Wärmetauscher

03.011.2016: [Die Arbeit hält einen von der Arbeit ab]:

“ … Ich brauche immer etwas länger. Muss ja nebenbei arbeiten gehen 😊. Aber der Bau vom Kollektor hat Spaß gemacht … Wir schließen jetzt die Außenarbeiten ab und basteln dann im Keller weiter 😊 …“

ID-Kollektor

30.11.2016: [Reglerkomponenten]:

„…Das Paket ist angekommen. Ist ein bisschen wie Weihnachten 😉 …“

[Die Weisheit des Alters kommt zu spät]:

„… BTW Opa meint, den 1. Eisspeicher baut man für seinen Feind, den 2. für seinen Freund und erst den 3. für sich selbst. Scheint so, dass er Recht hat … jedenfalls was die Erfahrung anbelangt …“

13.12.2016: [Beim Verkabeln der Regelung wird streng nach Norm vorgegangen]:

„… Habe erstmal nach der „strengen“ Industrienorm „Open Free Scale“ im Keller alles wild verdrahtet, um Ergebnisse zu haben. Winsol ist auch bereits am tun. Cool…“

ID-OpenFreeScale

[Unerklärliche (?) Temperaturabweichung der Eisspeichersensoren]:

„… Wir sind gerade beim Auffüllen des Eisspeichers (ca. bei 30 m³). Interessanterweise sind wir dabei auf eine alle 133,33 Jahre auftretende mysteriöse Temperaturanomalie gestoßen. Oder es haben sich ein paar Erdstrahlen verfangen …“

[Zeitgerechte Öffentlichkeitsarbeit]:

„… aber ich prahle hier schon mal mächtig vor den Kollegen 😉 …“

03.01.2017: [Letzte Vorbereitungen]:

„… Habe über Weihnachten den Keller aufgeräumt und die Anlage an ihren endgültigen Platz verbaut … Also eigentlich müsste ich am Start sein. 🙂 … Das Unternet will ich auch wieder einbinden …“

09.01.2017: [Wärmepumpen-Test]:

“ … so, gestern am 08.01.2017 haben wir unseren ersten Test der WP durchgeführt. Wir haben uns im Anschluss einen Whisky mehr gegönnt (als sonst). Schließlich haben wir vor 1 Jahr mit den Planungen angefangen …“

ID-ErsterWPTest

18.01.2017: [Rüsselpest & Delirium 2]:

“ … Ich pflege gerade meine alljährliche Rüsselpest (zu wenig Eisbaden, aber das kann ja noch kommen, ist ja jetzt gleich um die Ecke) … Habe dann versucht, Hausaufgaben zu machen. Nachdem ich jetzt den Grundkurs in Quantengravitation durch habe und im letzten Kapitel stand, Thermodynamik sei weitestgehend noch unverstanden, und im Grunde ist das relativ, bin ich wieder etwas ruhiger geworden … „

06.02.2017: [Schrittweiser Umstieg]:

„… Ich habe jetzt seit 2 Tagen das Hygienewasser am Laufen. Als nächstes gehen wir an die Einbindung der Heizung ran …“

15.02.2017: [Ein falsch konfigurierter Sensor wird entlarvt]:

„… Die aktuellen Messwerte bestätigen die Hypothese Deines Wissenschaftsoffiziers. Der Controller meldet jetzt ca. 3800 l/h … Aber cool, dass Ihr auf Eurem Holodeck so eine gute Arbeitsmoral habt …“

[Wenn die Sonne scheint]:

“ … Ansonsten sind wir hier gerade sehr zufrieden mit den energetischen Zuständen. 3 Tage Sonne satt, Strom umsonst für alles mit leichtem Überschuss, und der Eisspeicher ist auch wärmer als vorher. Ziemlich cool 😊 …“

26.02.2017: [Jener historische Moment]:

„… wir feiern den Anschluss der Hausheizung. Die Gasuhr steht 😊… Da wir ja nun im Hochenergie-Zeitalter angekommen sind, und daran denken, die Anlage auf eine Umlaufbahn zu schießen, hat Opa die WP schon mal Satelliten-startklar gemacht …“

ID-SatellitenWärmepumpe

27.02.2017: [Ein edler Tropfen zu einem würdigen Anlass]:

„… ein großes Dankeschön für die beste Projektleitung ever. 😊 Ich weiß nicht, welche Whisky-Sorte Du trinkst. Das ist jedenfalls ein Single Malt Speyside …“

ID-SigleMaltSpeyside