Tagebuch: Eisspeicher oder Grabenkollektor

Moin,

ist nicht elektrisch, aber ein Speicher: Der EISSPEICHER

Was ist überhaupt ein Eisspeicher? Vereinfacht eine Zisterne aus der mittels einer Wärmepumpe Energie gezogen wird. Das spezielle ist das man das Wasser unter 0 abkühlt und die beim Phasenübergang freiwerdende Energie mit nutzt. Diese entspricht in etwas der Energie die man bräuchte um das Wasser von 0 auf 80Grad zu erhitzen (ist jetzt aus dem Kopf und hoffentlich halbwegs richtig).

Zisternen sind in der Regel baugenehmigungsfrei (zumindest in einer gewissen Größe und je nach Land) und da wir unseren Vorgarten eh komplett neu gestalten wollen, dachte ich mach ich gleich ein Loch und eine Zisterne rein. Zusätzlich wird Regenwasser zugeführt und von meinen Rechnern die Abwärme eingeleitet. Ja ich sollte das mal durchrechnen, aber überschlagsmäßig sollte uns dann eine 8-12 tausend Liter Zisterne reichen. Falls nicht haben wir noch einen Holzofen und das BHKW (welches, wenn die Energie zum Heizen reicht, aber später abgegeben wird). Nebeneffekt von einem Eisspeicher ist, dass man Ihn zumindest in der Anfangszeit des Jahres noch zum Kühlen verwenden kann.

Die Inspiration zu der Idee kam über diese Seite:

Irgendwo im hohen Norden: Die Schlangengrube

Man konnte ja nicht unbedingt behaupten, dass es geräumig war in der Zisterne. Das war auch durch das Trägergestell, das in 'LEGO-Manier' zusammengebaut worden…

punktwissen.at

Wenn ich das richtig verstanden habe werden diese (https://de.store.solarripp.com/preise/breiten…/breiten-1.00m/) Solarabsorber verwendet. Nur nicht als Zaun oder auf dem Dach sondern eben im Wasser. Gegenüber einfachen Schläuchen haben die Teile ein sehr große Oberfläche und da sollte dann der Wärmeaustausch effizienter sein.

Ich hätte das Projekt schon längst angefangen - ein Loch buddelt sich nicht von alleine - aber gesundheitlich geht es gerade nicht. Von daher kommen mehr Details später, ich wolte nur mal ein Lebenszeichen von mir geben und klarstellen das hier weitere Technikprojekte kommen - kann aber noch dauern.

Ich werde auch noch einen Thread zum Umbau der Heizung auf WP erstellen welche auch in Eigenregie eingebaut wird - Bestellung ist gerade eben rausgegangen.

Ole

Kurzer Nachtrag zur Wärmekapazität von so einem Eisspeicher. Wasser hat eine Wärmekappa c von 4190 J*Kg*K (oder 1.164Wh*kg+K, da 1 Wh sind 3600 Joule ). D.h. man braucht 4190 Joule um 1Kg Wasser um ein Grad oder Kelvin zu erwärmen. Nehmen wir mal an 1l Wasser == 1kg macht das bei 10tausend Litern und 10Grad Differenz (10Grad im Winter nach 0Grad) ca. 116kWh an Energie die man da rausholen kann.

Schmelzwärme von Eis sind 344 kJ/kg oder 95,6 wh/kg. Nimmt man den Phasenübergang von Wasser mit geht also auf knapp unter 0 bekommt man also bei 10 tonnen (10000l) nochmals ca. 956kWh. Der Phasenübergang ist hier also durchaus wichtig, Heisst aber auch die WP muss Soletemperaturen von <0 Grad liefern (typischer weise bis -5C).

Nehmen wir an wir brauchen 4kWh Energie pro Stunde um das Haus im Winter zu heizen würde das ~240h oder ~10Tage reichen. Viel länger hält bei uns eine richtige Kälteperiode eigentlich auch nicht an. In der Realität sollte es länger reichen, da über die Erde außen um die Zisterne und bei mir durch die Abwärme von den Rechnern immer wieder Energie hinzugeführt wird. Im Notfall dann mit der Kaminheizung oder im Extremfall Heizstab zuheizen.

Klar ist hier aber auch, bei größerem Heizbedarf eines Hauses und ohne weitere Wärmequelle muss man schon einen verdammt großen Eisspeicher haben. Ideal wäre eine gro0e Güllegrube eines Bauernhofes oder ähnliches mit weit mehr als 20t Wasser. Einfacher ist es dann aber vermutlich einen Grabenkollektor zu verlegen zumindest wenn man etwas mehr Platz um das Haus herum hat.

Ideal wäre es am Ende der Kälteperiode den Speicher als Eis zu haben, da kann man diesen zum kühlen des Hauses auch am Anfang des Sommers nutzen.

Thema Sprengkraft Eis:
Die Kühlschlangen sind so zu verlegen das erst unten in der Mitte das Wasser gefriert und somit nach oben hoch wächst und nicht auf die Seitenwände drückt.

Oft sieht man die Wärmezufuhr über einen separaten Solekreis der aussen im Speicher liegt und somit ein zufrieren an den Wänden möglichst lange verhindert. Kann man machen bedeutet aber auch ein Menge mehr an Aufwand und Material. Ich bin da noch ein stückweit unschlüssig, tendiere aber dazu eher etwas mehr Abstand von den Wänden zu halten und darauf zu setzen, dass diese auch durch die Erdwärme wirklich als letztes zufrieren.
Eher bedenklich könnte der Auftrieb des Eises an den Kühlschlangen sein oder das Gewicht wenn zu wenig Wasser im Speicher. D.h. das Konstrukt sollte schon einigermaßen stabil sein.

Ein paar Gedanken zum Solekreislauf. Gerne kommentare zu allem hier, ich habe so etwas noch nie gebaut und versuche mir das Wissen anzulesen, kleinere Fails sind einkaluliert aber größere würde ich gerne vermeiden, wenn Ihr also bullshit entdeckt lasst es mich wissen.

• Generell möchte ich Kuperrohre mit Pressfittings verwenden. So eine Hydrauliczange kosten ca. 200€ als mechanische Version. Eine >1000 elektrisch braucht es nicht wirklich oder aber ausleihen...
• Im Eisspeicher dann Rohre aus der SolarKollektortechnik und verklebte PVC Rohre.
• Kreise werde ich mit Plattenwärmetauschern trennen. Nachteil, mehr Material und Kosten, etwas Effiziensverlust, dafür kann man aber an den Kreisen getrennt arbeiten ohne das ganze System immer leer zu machen etc.
• Plattenwärmertauscher sehen erstmal günstig aus mit 30-100€, aber die Wandbefetigung und Isolierung macht die Dinger meist echt teuer, rechne mit 200-500€ pro tauscher
• In den Kreisen wollte ich Solarflüssigkeit einsetzen -35 bis >80C geeignet. Reines Wasser geht nicht, da ich ja unter 0 möchte, Sonst macht das Eisspeicher ja keinen Sinn.
  • Gerne Vorschläge, da wohl >>100l gebraucht werden, das wird sonst teuer
• Jeder Kreis braucht einen Ausgleichsbehälter (ca. 1.5l Luftvolumen pro 100l Sole habe ich mal gelesen). Ganz kurze Kreise sollten komplett ohne ausgleichbehälter gehen, aber die Dinger kosten ja nicht die Welt.
• Luft-Wasser Wärmetauscher werde ich zur Kühlung des Rechnerraums einsetzen oder um Hitze im Sommer nach außen abzugeben
  • Aufpassen muss man hier dass die Kühler nicht vereisen und das Kondenswasser sollte man auch auffangen und abführen
• Soleleitungen sollten einen gewissen Druck haben zumindest die zur WP. Ausgleichsbehälter mit Membran und Drucküberwachung nötig.
• Hocheffizienzpumpen 4-20W werden verwendet.
• Eine Menge Sensoren die Ihre werte an die Hausautomatisierung melden, nötig zur Visualiiserung und Optimierung.

5 Monate vergangen was ist passiert: Die Sole-Wärmepumpe läuft schon mal mit den Rechner-Wärmequellen.

Bei ein paar meiner Bemerkungen/Gedanken oben muss ich mittlerweile schmunzeln - ein Verpress Werkzeug für 1k€ braucht es nicht.... jaja

Da ich jetzt auch Wärmemengenzähler habe, sehe ich live was so der Wärmebedarf vom Haus ist. Aktuell bei knapp über 0 Grad (seit ein paar Tagen) liefert die WP ca. 1.5-1.8kWth Leistung in den Pufferspeicher bei ca. 40Grad Vorlauf. Peak war bisher bei ca. 5.5kW beim Aufheizen des Puffers, nach dem die WP mal für eine paar Stunden aus war. Das deckt sich auch damit, dass die 2.5kWth max. vom bisherigen BHKW so gut wie immer ausreichend waren.

==> Der Wärmeleistungsbedarf vom Haus liegt bei ca. 2kWth bei üblichen (bei uns) Wintertemperaturen.

Gehen wir nochmals ein wenig in die Grundlagen von Materialien. Die Wärmekapazität:

Quelle: Wikipedia & ETT Friedrichshafen

1 Joule [J] = 1 Wattsekunde [Ws] = 1/3600Wh = 1 VAs = 1 N m = 1 kg m² s⁻²

Was könnte das denn jetzt in der Praxis bedeuten (alles Überschlagsrechnungen): Nehmen wir mal eine Zisterne mit 10.000 Litern. Das wären dann ca. 10 Tonnen und 10Kubikmeter Material.

Gehen wir jetzt mal von einer Differenztemperatur von 5K (Kelvin) aus - also zum Beispiel:

• Wasser von 10 auf 5Grad abkühlen. Das ergibt dann eine mögliche Energieentnahme von 10000Kg*4180J/(Kg*K)*5K=58kWh. Oder ca. 29h Versorgung der WP bei angenommen 2kWth Leistungsbedarf. Das ist gerade mal ein guter Tag.
• Wie sieht es bei Beton mit dem gleichen Volumen aus. Der hat ca. 1/4 der Wärmekapazität aber das spezifische Gewicht ist doppelt so hoch. Bleibt also die Hälfte von Wasser. 20000kg*1000J/(Kg*K)*5K=27,8kWh oder ~14h WP Betrieb.
• Eis Phasenübergang ~ Delta T80K Wasser -> 16mal dem Wert oben von Wasser (Delta T5K), das wären immerhin schon mal 2 Wochen WP Versorgung als idealisierter Wert.

Das reicht also alles bei weitem nicht um über den Winter zu kommen, da in Deutschland von ca. 70 Frosttagen auszugehen ist (Tage unter null C Lufttemperatur). Klar die sind nicht am Stück deswegen ja Überschlag. Wir brauchen also mehr Energie - wo kommt die her? Aus dem Boden rund um unser Testobjekt und bei Regen evtl. noch aus dem Regenwasser oder wenn die Sonne mal brennt vom Himmel (Luft und Sonnenstrahlung).

Nehmen wir mal den Bodenanteil:

Wie warm ist also der Boden so im Schnitt in DE im Winter (Jan): Laut Googleforschung ca. 6C in ca. 2m Tiefe, 4C in 1m, 8C in 4m.

Das ist ja schon mal etwas, zeigt aber auch, dass die Sole im Winter <<6C haben muss um eine Wärmeentnahme zu ermöglichen. Gehen wir mal davon aus wir nehmen 1C Sole, dann haben wir ein Delta T von 5K. Wie berechnen wir jetzt also was wir da so an Zusatzenergie von Mutter Erde bekommen. Dazu folgende Formel

Q = λ * (A / d) * (T1 - T2)

d Dicke des Körpers

A Fläche, durch die die Wärme strömt

T1 Temperatur der wärmeren Oberfläche

T2 Temperatur der kälteren Oberfläche

λ Wärmeleitfähigkeit des Materials (W/m*K)

Raus kommen da Watt - bei der Formel handelt es sich um Fouriersche Gesetz. Die Wärmeleitfähigkeit von

• Lehm: 1,54 W/m*K
• Sand: 1,22 (trocken) W/m*K
• Sandiger Ton: 1,76 W/m*K

Nehmen wir jetzt mal als Beispiel eine Fläche von 10qm, 1 Grad Sole, konstante 6C ein Meter tiefer (Dicke) ergibt sich:

1.5 W/m*K * (10 m*m / 1 m)* (6K-1K)=1.5 W/m*K * 10m * 5K = 75W.

D.h. um damit auf 2.5kW zu kommen bräuchten wir ca. 330 Quadratmeter Fläche (wenn man nur die Fläche nach unten betrachtet).

Nehmen wir das von oben dazu

1.5 W/m*K * (10 m*m / 1 m)* (4K-1K)=1.5 W/m*K * 10m * 3K = 45W also Summe 120W wären immer noch ca. 210 Quadratmeter nötig.

Das verdeutlicht, dass Fläche hier extrem wichtig ist und das diese kleiner gehalten werden kann je mehr Wasser-Eis Phasenwechsel Energie ich nutzen kann. Je mehr Energie in der Herbstübergangszeit im Boden steckt desto besser auch das DeltaT bzw. die WP läuft am Anfang des Winters effizienter, da die Soletemperatur generell höher liegt.

Technisch würde ich immer noch gerne einen Eisspeicher realisieren, aber es wird WENN dann vermutlich eher ein Flächenkollektor der auch den Phasenübergang nutzt - dann eben weniger stark weil "nur" feuchte Erde und nicht optimal Wasser. Grund ist hauptsächlich Bauaufwand (mauern... Beton anliefern lassen...) den ich hier in einem bestehenden Baugebiet (Häuser alle schon 10+ Jahre alt also nix mehr mit Baustellen) ohne Nachbarschaftsstreit nicht realisieren kann (na die Nachbarn sind schon OK, aber man muss es nicht vom Zaun brechen). Aushubmengen sind ja ähnlich aber Bauzeit und entsprechender Lärm eben doch sehr unterschiedlich. Ein Korbkollektor (zB. hier) hat den Nachteil das man recht tief runter muss, was einen großen Bagger benötigt, der wiederum bei uns nicht unterzubringen ist.

BTW die größte Einzelbetonzisterne die ich gefunden habe: https://www.regenwasser-boehm.de/Betonzisterne-…ximus-Alpha-300 mit 20t Litern.

Das wären dann ohne Phasenübergang 2 Tage Energie und mit Vereisung theoretischer Monat. Leider halt sehr tief und Durchmesser 3m - richtig fett das Teil. Braucht einen extra Mobilenbaukran - da geht dann wohl nix mehr mit vom Laster hinten kurz runterheben.

Was braucht man für einen Grabenkollektor Beispiele:

• Eine WP - Logo (ich habe hier ja die Daikin)
• Einen Soleverteiler (zumindest wenn man mehrere Schleifen hat)
• Bagger - ausleihen
• RC PE Rohr viele Meter
• Sole, der Umwelt zuliebe eher Propylenglycol nehmen

Noch ein Link zu einer sehr guten Seite bzgl. Grabenkollektor: https://grabenkollektor.waermepumpen-verbrauchsdatenbank.de/

JAZ VergleichsDB: https://www.waermepumpen-verbrauchsdatenbank.de/index.php?edit…verbrauch&lang=

Zisternen:

- Neben Betonzisternen würde sich eine Flachzisterne ala https://www.regenwasser-zisterne.de/regenwasser-zi…nentladung?c=22 evtl. auch eignen (nicht aus Eisspeicher nur als Kühlung bzw. wirklich Wasserspeicher).

Nachdem ich mich mal mit der Familie und Erdbauern beraten haben, schließen wir den Eisspeicher leider aus

Grund ist statischer Natur. Wir kommen einfach aufgrund der Nähe zu Mauern auf der Grundstücksgrenze etc. nicht tief genug ohne den Abstützaufwand unnötig in die Höhe zu treiben.

Auch kostentechnisch mit Erdabfuhr, Betongrundplatte etc. würde es deutlich teurer werden.

==> Grabenkollektor mit senkrechten Gräben wird geplant.

Hier der Link gerechnet mit Heizlast von 2.5kW, 2.4m Tiefe und 1.2m PE Rohrschlangen. 3x10 Meter Gräben sollten wir im Garten unterbringen und ca. 2.5m kommt der Kleinbagger. Das sollte also eigentlich passen. Unsere WP läuft in der Regel (0-10Grad außen) mit 1.4-2kW nur wenn mal Warmwasser gemacht wird für die Zeit mit Ihren vollen 6kW. Bei -5 und weniger braucht es natürlich eher 4-6kW, aber hier aben wir noch einen Holzofen und solange meine Rechner im Keller laufen geben die permanent 2kW Wärme ab. D.h. der Boden könnte auch bei schönerem Wetter geheizt werden um dann die Wärme an kalten Tagen wieder abzugeben. Jetzt muss ich mich noch schlau machen wie man die Slinkies am besten verlegt und was bzgl. Boden verdichten (oder eben nicht) zu beachten ist.

Anmerkungen: Wir haben Lehm/Ton Boden (sofern niemand Bauschutt vergraben hat),

Alternative Berechnungen:

Wenn man die Soletemp auf -4C setzt und 2.5m tief gräbt kommt man 13m Graben aus. Bei minus 2 Grad und 2.4m Tiefe 22 Meter. Denke letzteres wird wohl der Ansatz sein. Möglichst dicht an der Grundstücksgrenze entlang und dann mitten durch den Garten zurück.

Die Hütte kommt weg. Denke mehr als 2 Gräben macht vom Abstand her auch keinen Sinn.
Der Baum ist schon komplett hohl, wird also demnächst auch fallen, aber wir versuchen die Wurzeln nicht zu sehr zu treffen,
daher der frühe Bogen nach rechts. Das sollten so ca. 25m sein.

Quelle: https://grabenkollektor.waermepumpen-verbrauchsdatenbank.de/

Beispiele:

• Bei Stuttgart - tiefer Graben
• Die meisten nehmen die horizontale Verlegung

Quelle: HaustechnikDialog

So etwas muss ich mir auch noch bauen um die Sole auf zwei Kreise zu verteilen. Nicht weil ich zwei Kreise benötigen würde, aber ich denke getrennt sind die einfacher vorzubereiten. da wir keinen Platz für den gesamten Erdaushub haben, werden wir wohl einen Graben erst fertigstellen müssen bevor der zweite angegangen wird.

Rohrmaterial laut dem Grabentool:

• Es ist ein Rohr 32 x 2,9 mm PE 100 RC SDR11 PN16 mit 300m Länge erforderlich.
  Ich werde das hier nehmen. Für den Graben 32er - für die Zuleitung habe ich das 40er schon da liegen.
• Das Rohr wird direkt an die WP angeschlossen, es ist kein Verteiler notwendig.
  Ich werde das in zwei Kreise und entsprechenden Verteiler trennen.
• Ein Druckausgleichsbehälter ist erforderlich.
  Muss noch Berechnen wie groß der sein muss - wieder mal auch eine Platz Frage
• Die Sole sollte für den empfohlenen Graben eine Solekonzentration von 20 Volumenprozent aufweisen. Insgesamt sind 40 kg Sole notwendig.
  Dann aber bitte die umweltfreundlichere Variante, falls doch mal was rausläuft.
• Für die Fixierung der Slinkies (Schlaufen) des Rohrs sind mindestens 50m Klebeband erforderlich
  Ich würde auch Klebeband nehmen, keine Kabelbinder, die rutschen und drücken punktuell stark

Zur Isolierung der 40er Zugangsleitung an den Stellen wo diese parallel laufen würde ich Armaflex nehmen.

Die letzten zwei Tage mal im "Südgarten" gebuddelt. Der "Balkon" musste eh neu abgedichtet werden... Es geht vom Heizungskeller unter den Balkon und dann ums Haus rum in den "Nordgarten". So ein kleines Loch erzeugt auch schon eine Menge Aushub, Betonbefestigung mit "Estrichstemmer" zerstört (Nachbarn hat es "gefreut" ) und Katz begutachtet alles und prüft auf Richtigkeit.

Sodele kleines Streifenfundament gegossen. Mit Abstandhaltern vom Boden ein paar Bewehrungseisen drin. Unten drunter ist verfestigter Schotter und man sieht die Folien noch. Die dient dazu, dass das Wasser aus dem Beton nicht gleich im Schotter versickert. Wenn es jetzt heute Nacht regnet wäre auch nicht gut.
Oben drauf kommen dann 17er Betonsteine. 2-3 Reihen - mal schauen wie es mit der Höhe zum Fenster hinhaut - da kommt dann ja die Terrasse noch drauf.

Hab das eine Ende vom Fundament nochmals weggeklopft - hat mir doch keine Ruhe gelassen zu wissen, wo genau der Hausanschluss langgeht. Nicht dass ich noch mit dem Erdbohrer in das Kabel bohre.

Schön rosa und gut mit Sand abgedeckt bevor wieder Beton drüber kommt.

Die Kabel sind ca. 90cm tief - sollte eigentlich keine Gefahr darstellen, die Fundamente für die Terrasse (hat jetzt nicht mit dem Erdkollektor zu tun) werden maximal 70cm im Boden versenkt. Die Solerohre werden auch in ca. 70cm Tiefe verlegt.

Update 2024-03-19:
Mittlerweile habe ich die Planauskünfte für Wasser, Gas und Strom. Nicht ganz wie erwartet, aber es sagt mir da ich mit einem Punktfundament aufpassen muss, da potentiell die Stromleitung drunter herläuft.

Gas und Wasser gehen schräg nach links weg, Strom aber direkt nach Süden - da kommt dann ein Pfosten vom Dach hin. Also besser nicht so tief eher breiter setzen, auch wenn es nicht frostfrei ist. 40-50cm sollten aber locker reichen.

Anmerkung:
jeder Netzbetreiber muss einen kostenlosen Weg zur Bereitstellung der Pläne liefern. Bei der Syna geht das über: https://planauskunft.syna.de/planauskunft/ man muss sich aber anmelden.

Heute die 40er Soleleitung mal grob verlegt

Zwei isolierte Leitungen (dickere Iso für warm). Evtl. werde ich die noch in ein Leerrohr stecken. Zwei weitere Leitungen, falls mal etwas kaputt geht oder man sonst was vom Keller in den Garten verlegen möchte. Könnte man auch als Leerrohr für Strom nutzen oder ...

Das war auf jeden Fall ein Kampf die Leitungen zu verlegen, um die gerade zu bekommen sollte man zu zweit sein. Eine Person hält fest, die andere biegt den Radius von der Rolle weg. Zum Glück ist es mittlerweile einigermaßen warm, sonst wären die Rohre noch steifer. Jetzt kann der Erdbauer kommen und den Graben buddeln um die Rohre in den Grund zu legen.

Schlangen im Garten aber wartet es ab - Ihr kommt in die Grube. Rechts oops was ist das für ein Kabel allein und verlassen??

weiter geht es mit den Soleleitungen. Das Wasserrohr beherbergt die Starkstrom und PV-Letungen vom Haus zur Garage. Wozu die einzelne schwarze Leitung ist - keine Ahnung die war schon drin als wir das Haus übernommen hatten - ich glaube die ist gar nicht mehr angeschlossen, aber rausreißen wollte ich dann auch nicht riskieren.

Ein Nachmittag später die Rohre sind zum Großteil in der Erde

Nach unten dann doch für Mauerdurchführungen entschieden. Das ist besser als was selbst gefriemeltes an der Wand entlang. Ging dann doch schneller als erwartet. Jetzt fehlen noch die Dichtungen (Freitag oder Montag) für die Mauerdurchführung dann kann das Loch an der Stelle zugemacht werden.

Soldele die Schlangen sind eingefangen und verbuddelt

Was noch fehlt:

• Pflasterung
• Abdichtung bei den Kernbohrungen
• Anschluß an die WP
• Vorbereitung vor Anschluss des eigentlichen Grabenkollektors

Dann ist erstmal Pause hier, da ich die Terrassenüberdachung als nächstes angehe. Vermutlich erst nächstes Jahr oder frühestens im Herbst den Grabenkollektor.