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Eisspeicher Rechenbeispiel

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  •  OliverH
29.7. - 6.8.2013
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Hi Leute!

Seit ein paar Wochen beschäftigt mich das Thema Eisspeicher, seit ein paar Wochen lese ich Forenbeiträge die sich oftmals emotional diametral entgegenstehen. Es ist scheinbar so wie mit dem FC Bayern München - entweder man liebt ihn oder man hasst ihn emoji

Nun möchte ich das eisige Thema mal zum Einen physikalisch versuchen zu verstehen und zum Anderen den wirtschaftlichen Faktor auszuwerten:

Also ich hab das mal so verstanden, dass der Trick beim Eisspeicher darin besteht genau den Phasenübergang von Flüssig auf Eis in Form von Kristallisationswäre auszunutzen. Optimal ist aus meiner Sicht, wenn das Wasser im Behälter (etwa 10.000l) sich ein wenig unter dem Gefrierpunkt befindet, weil ich dann den ganzen Behälter einfrieren kann und dabei stets die Kristallisationswärme absauge. Wäre das Wasser bei 3°C oder 5°C oder irgendwas mehr geht mir der besonders energiebringende Effekt verloren. Ist der Behälter mal zugefroren, dann muss ich einen Teil des Eises oder besser noch gleich das ganze Eis wieder schmelzen, da ich sonst nicht mehr effizient Wärme abziehen kann.

Soweit ich das gesehen habe kommt die Wärme vom Dach (Solar), aus dem Boden (Wärme des Bodens), oder einer Luftwärmepumpe. Damit das Eis im Behälter wieder zur Gänze schmelzen kann muss man nach Adam Riese wieder genausoviel Energie hineinstecken wie man herausgezogen hat. Im eiskalten Winter scheint mir das nicht einfach zu funktionieren (bei mir ist der Überwiegende Wärmebedarf, etwa 80% Oktober bis Februar). Es scheint nicht viel Sonne, die Wärme des Bodens ist marginal, und die LuftLuftWärmepumpe kann da nicht viel ausrichten. Daher Frage eins an die Profis:

*) Wie lange braucht der Behälter zum einfrieren? Muss man ihn einfach nur groß genug dimensionieren?

Mal angenommen die eiskalte Zeit könnte überbrückt werden, da das Wasser nicht so schnell zufriert, dann bräuchte man ja nur den Frühling erwarten und schon ist Sonne am Dach die beim schmelzen hilft...

Dabei fällt mir ein, dass ich bisher noch nirgends den Versuch gelesen habe ein paar Schläuche großflächig in den Garten zu legen und die durch den Wasserbehälter zu legen - scheint mir ad hoc sehr viell effizienter zu sein 8°C mit einer Pumpe da durchzuschicken als über die anderen drei Systeme Energie zuzuführen.

Nun aber der Vergleich mit einer Wärmepumpe bei der Leitungen im Garten liegen:

Ich investiere jeweils Energie in Form von Strom in die Wärmepumpe und hole mir dadurch Wärme. Frage zwei für Profis:

*) Wie viel Wärme kann ich bei den jeweiligen Systemen herausholen wenn ich etwa 1.000 kWh Strom investiere? Bringt mir die Kristallisationswärme sehr viel mehr Wärme für den investierten Strom?

Wirtschaftliche Vergleichbarkeit:

Aktuell habe ich bei mir einen Heizbedarf von rund 30.000kWh nur durch Erdgas pa und einen Stromverbrauch von 6.000kWh bei einer Energiekennzahl von 65.

Gas kostet mich rund 2.000 pa, Strom rund 1.100

Bei beiden Systemen wird sich der Strombedarf wegen der Wärmepumpe drastisch erhöhen. Mal angenommen die Wärmepumpe verschlingt mir 6.000 kWh, dann kostet mich der Strom 2.200 pa.

Das Darlehen oder der Kredit darf nun nicht mehr als 900,- pa ausmachen, da sich das Ganze sonst nicht rechnet. Milchmädchenrechnung mal 15 für 15 Jahre Laufzeit macht das eine Kreditsumme von € 13.500,- Frage:

*) Was kosten die jeweiligen Systeme für meine Dimensionierung?

Zweite Variante: Statt die 1.100,- an Strom für die Wärmepumpe zu zahlen könnte man ja überlegen den Strom über Solar in einen Akku zu speisen. Dann darf das Ganze 16.500,- kosten.

*) Kennt jemand Systeme die entsprechende Kapazitäten haben? Was kosten die?

Zusammenfassend scheint mir die Materie sehr spannend zu sein, aber aus wirtschaftlicher Seite kann ich aktuell nicht richtig die Vorzüge erkennen.

Ich ersuche um eure kompetenten Meinungen, Lg Oliver :)

  •  New_Projekt
  •   Gold-Award
30.7.2013  (#1)
Ist zwar schon etwas her, das ich mich damit beschäftigt habe,....

mit 10T Liter Wasser kommst nicht weit!
Beim Phasenübergang (0 Grad kaltes Wasser auf 0 Grad kaltes Eis) von 10T Liter Wasser würden 942,82 Kwh frei.

Interessant würde diese Geschichte erst, wenn
1. ein Speicher von 100m³ angepeilt würde
2. das im Winter entstandene Eis im Sommer zur Kühlung genutzt würde.
3. ein riesiges Gebäude damit bedient werden soll

Für ein Einfamilienhaus allerdings uninteressant, dafür gibt es eine Erdwärmepumpe, die nach mehr oder weniger dem selben Prinzip arbeitet.



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  •  OliverH
31.7.2013  (#2)
Hi New_Projekt!

Das heißt ich müßte den Behälter rund 30 mal einfrieren um den Effekt für meine Dimension nutzen zu können?

Kann man auch abschätzen was das Zuführen von 8°C warmen Wasser aus dem Garten für eine Kapazität hat? Also einfach nur zum schmelzen? Sprich: Wenn ich den ganzen Tag per Schlauch Wasser mit 8°C durch das Eis führe - ist es dann wieder geschmolzen?

Mir fällt dazu auch noch ein: Beim Wasser hab ich einen sehr geringen Hub von 4°C auf 0°C um an die Erstarrungswärme zu kommen, wie hoch ist der Hub um vergleichsweise ein Kältemittel im Garten bei 8°C über eine Wärmepumpe zu kondensieren?

Daher wieder die Frage: Ich investiere Strom in eine Wärmepumpe und hole mir wie viel KWh Wärme raus?

LG Oliver

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  •  gloitom
  •   Gold-Award
1.8.2013  (#3)
Von Welchen Mengen 8°C warmen Wasser sprechen wir hier?

Bezüglich Strom kommt es auf viele Faktoren an
http://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmepumpe#Datenbl.C3.A4tter

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  •  New_Projekt
  •   Gold-Award
2.8.2013  (#4)
Die ca. 900 Kwh sind ja ein reines Rechenbeispiel und nicht auf die Praxis übertragbar.

Wenn so ein Eisspeicher in der Erde vergarben ist, dann hast du ja schon mal direkt aus dem umliegenden Erdreich einen Wärmeeintrag.
Dann wäre es natürlich günstig sich eine Möglichkeit zu überlegen den Eisspeicher zu regenerieren.
Wobei hier schon auf Frostsicherheit geachtet werden sollte.
Einfach nur Wasser in einem Rohr durchleiten funktioniert nur solange bis es einmal gefriert und das Rohr platzt.

Hier wäre sicher eine Solaranlage die bessere Wahl zum Regenerieren.

Ansonsten kommt es halt wirklich darauf an, wieviel 8 Grad warmes Wasser zu Verfügung steht.
Wenn du das weisst, kannst du dir die entziehbare Energie sehr leicht selber ausrechnen.

Wenn du 1 Liter Wasser um 1 Grad abkühlst entziehst du 0,001163986 Kwh an Wärme.
Beim Phasenübergang ist es gut 80mal so viel.

Nur als Anmerkung.
Wenn du genug 8 Grad warmes Wasser hast, dann nutze es doch direkt über eine Wärmepumpe.
Die Wp wird es dir in einer höheren Arbeitszahl und damit mit geringeren Betriebskosten danken.



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  •  OliverH
6.8.2013  (#5)
Hi Leute!

Hatte gestern ein Treffen mit einem Maschinenbauingenieur. Wir haben das Bsp kurz durchgerechnet und sind zu dem Schluss gekommen, dass der Eisspeicher nur in speziellen Situationen hilft: Genau dann wenn es klirrkalt ist und die Solaranlage zu wenig liefert. Warum?

Für meine 30.000 kWh die ich aus dem Behälter ziehen möchte komm ich bei weitem nicht hin.

http://www.science-at-home.de/wiki/index.php/Schmelzw%C3%A4rme

30.000 kWh entspricht 108.000.000 kJ

Schmelzwärme = spezifische Schmelzwärme * Masse

108.000.000/333,5 (für Eis) = 32,38 Tonnen

Konklusio: Der Eisspeicher kann nur ein Kurzfristiger Speicher sein, aber bei all den Systemen kommt ja zusätzlich Solarthermie etc. zum Einsatz. Kommt die Solar nicht mehr zurecht wird aus dem Wasser Energie entzogen, ist's am nächsten Tag wieder schön, dann die Überschüssige Wärme wieder rein in den Speicher.

Hab ein paar Videos bei Youtube gesehen die einen Mega Eisspeicher nutzen - jetzt weiß ich warum ;))

LG Oliver

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