Heizen mit Eis - Modellbauer können alles

Hey Leute,


da ich kein Forum über Energie bzw. erneuerbare Energien gefunden habe, das regelmäßig von mehr als nur einer Hand voll Benutzern frequentiert wird, schreibe ich es mal hier rein - denn Modellbauer sind Alleskönner ;)
Wenn jemand von euch ein gutes Internetforum über Erneuerbare Energien kennt, her mit der Adresse ;)

Heizen mit Eis in der Haustechnik - habt ihr sicher schon gehört. Wenn nicht: ein kleiner Überblick verschafft z.B. das Video auf dieser Seite http://www.eisheizung.com/

Dem Wassertank wird also Wärme mittels einer Wärmepumpe entzogen. Soweit so gut, die Kosten für die von der Wärmepumpe benötigte elektrische Energie werden aber mit keinem Wort erwähnt.

Nach eigener Recherche dürfte eine Wärmepumpe bei einem Temperaturunterschied von ca. 55°C (0° auf Brauchwassertemperatur 55°C) und nwp~0,5 auf eine Leistungszahl von circa 3 kommen. Ich setze hier mal 16000kWh/a für ein neueres Einfamilienhaus an. 1/3 dieser Energie muss nun als Exergie in Form elektrischer Energie zugeführt werden. Das wären 5333kWh/a. Setzen wir einen Strompreis von 20ct/kWh an, entstünden hier Kosten von 1066€/a - alleine für das Heizen.

So zahlt ein deutscher Durchschnittshaushalt bei einem Jahresverbrauch von 15.000 kWh Gas bzw. 3.500 kWh Strom in der Grundversorgung im Mittel 1.054 Euro für seinen Gas- und 908 Euro für seinen Strombezug.
(Quelle: http://www.energieagentur.nrw.de/haushalt/page.asp?RubrikID=15171 )

Mit dem System würde ich meine Stromrechnung also durchschnittlich circa verdoppeln, habe dafür aber keine Heizkosten. Der Strompreis steigt aber i.d.R. stärker als der von Brennstoffen - außerdem sollte man ja eigentlich versuchen, den Stromverbrauch zu senken anstatt zu erhöhen.

Für Einfamilienhäuser bietet isocal das SolarEis-System SE 12 an. Dieses eignet sich laut Hersteller für eine maximale Heizlast von 7,5 Kilowatt. Es besteht aus einem 12 Kubikmeter großen Speicher, 6 Kollektoren á 2 Quadratmeter sowie eine Steuereinheit. Die Kosten betragen annähernd 12.000 Euro inklusive Lieferung.

Um den Preis kann man sich ja genauso eine Pellets/Brennwertheizung einbauen lassen!?

Bin um ein paar Meinungen dankbar, auch wenn das eigentlich das falsche Forum ist ... wobei ..Cafe Klatsch .. passt doch. Und Modellbauer sind eh multitalentiert ;)

Gruß

Heinz
 
Klingt nach Humbug.
Das Prinzip mag stimmen, aber, wie du schon schreibst, glaube ich nicht dass man damit irgendwas einsparen kann. Im Gegenteil. Das klingt nach einem Minus-Geschäft.

„Wenn ich ein Kilogramm Eis schmelze, wird soviel Energie frei, als würde ich einen Liter Wasser von Null auf 80 Grad erwärmen.“ Dr. Sylvia Schädlich demonstriert auf einer Ofenplatte, was geschieht, wenn das Eis zu schmelzen beginnt und zu Wasser wird. „Diese Wärme, die ich jetzt durch die Ofenplatte hier hineinstecke, ist sozusagen im Wasser gespeichert. Und wenn ich das rückwärts laufen lasse, wenn ich aus Wasser wieder Eis mache, kann ich genau diese Wärme für die Wärmepumpe nutzbar machen.“

Diesem Satz kann ich z.B. nicht wirklich folgen, auch wenn er erstmal logisch klingt. Denn um Wasser zu Eis zu machen braucht es ebenfalls Energie (sonst würde ja jeder Gefrierschrank ohne Strom arbeite, ja ihn sogar noch erzeugen).
Bei 20 Grad Aussentemperatur, brauche ich nunmal Energie um Wasser auf 0 Grad abzukülen, aber keine Energie damit ein Eisklumpen schmilzt. Im Gegenteil ich brauche Energie um das zu vehindern. Und vorher kommt das 1kg Eis? Es wurde also schonmal Energie reingesteckt um es gefrieren zu lassen.
Also wie soll eine Wärmepumpe dann Enerige erzeugen indem es Wasser zu Eis macht. Sorry das leuchet mir nicht ein. Auch wenn es Kristalisationenergie geben mag. Diese Energie muss man erstmal nutzen. Und dann muss sich da ein kräftiges Plus ergeben.

gruß cyblord
 

Ulrich Horn

Moderator
Teammitglied
Humbug ist das wohl nicht ;)

Die Thematik ist aber nicht trivial; grundsätzliche Kenntnisse der Thermodynamik allgemein und des Carnot'schen Kreisprozesses im speziellen sollte man schon haben.

Die "normale" Wärmepumpe wärmt ein Haus, indem sie seine Umgebung (üblicherweise den Erdboden in einiger Tiefe) abkühlt. Das gleiche Prinzip wie beim Kühlschrank, nur umgekehrt ;)
Von der Temperatur (und entsprechend Wärmeleitfähigkeit) des Erdbodens hängt der Wirkungsgrad ab. Je kälter der ist, um so besser funktioniert das.

Wenn ich das richtig verstehe, wird bei dieser Eis-Methode anstelle des Erdbodens ein spezielles Kältereservoir aus Wasser angelegt. Das allein hat den Vorteil, dass sich ein solches Reservoir gegenüber der Umgebungstemperatur zusätzlich herunterkühlen läßt. Das würde den Wirkungsgrad der Wärmepumpe erhöhen.
Zusätzlich nutzt man eine besondere Eigenschaft des Wassers aus, die beim Phasenübergang zwischen flüssigem und gefrorenem Aggregatzustand auftritt. Wasser "erwärmt" sich quasi, wenn es zu Eis wird, und "kühlt ab", wenn man es auftaut.

Sinn macht das Ganze dann, wenn man ungenutzte Energie (z.B. durch im Sommer gewonnene Solarenergie) verwendet, um das Kältereservoir der Wärmepumpe abzukühlen, man erhält dadurch im Winter einen besseren Wirkungsgrad der Heizung.

Ob sich das rechnet, ist eine ganz andere Frage. Die Wärmepumpe arbeitet gegen 0°C natürlich besser als gegen die üblichen 10°C des Erdbodens, d.h. die wirkungsgradbestimmende Temperaturdifferenz erhöht sich um 10°C, was nicht wenig ist. Dem gegenüber steht neben der Investition für die Baukosten des Reservoirs die Frage, was es kostet, das Reservoir abzukühlen.
Die Energie dafür aus dem Stromnetz zu beziehen, wäre Unsinn, denn unter Berücksichtigung der Wärmeverluste (oder hier: Kälteverluste) des Reservoirs kann ich damit besser direkt heizen. Beziehe ich die Energie anderswo her oder wäre sie im Sommer billiger als im Winter, sieht das schon wieder anders aus.

Grüße, Ulrich
 
Es passiert genau das was auch in der Kühltruhe passiert:
Dem Innenraum der Kühltruhe wird (Wärme)Energie entzogen und nach draussen transportiert.

So passiert es auch bei dem Eisspeicher.
Die Wärmeenergie, die im flüssigem Wasser gespeichert ist, wird mit der Wärmepumpe entzogen und damit das Haus gewärmt.
Die Kristallisationswärme im Übergang von Wasser zu Eis wird dabei genutzt, sie entspricht dabei der Schmelzwärme.

Graphit würde sich aufgrund der Schmelzwärme am besten eignen (der Speicher bräuchte nur 1/50 so groß sein), die notwendigen hohen Temperaturen verhindern allerdings das langfristige Speichern der Schmelze.
Von der Temperatur (und entsprechend Wärmeleitfähigkeit) des Erdbodens hängt der Wirkungsgrad ab. Je kälter der ist, um so besser funktioniert das
Die Wärmepumpe arbeitet gegen 0°C natürlich besser als gegen die üblichen 10°C des Erdbodens,

Wäre dem so, müsste bei 0°K der Wirkungsgrad ja ins unermessliche steigen.
Aber, je kälter die Umgebung ist, desto weniger Energie kann man Ihr entziehen.

siehe Wiki:
Die Wärmepumpe entzieht einem Reservoir (Luft, Grundwasser, Erdreich) bei tieferen Temperaturen Wärme und kühlt somit die Wärmequelle. Solange die absolute Temperatur der Quelle über dem absoluten Nullpunkt von –273,15 °C liegt, kann der Quelle Wärme entzogen werden, allerdings nur entlang eines Temperaturgradienten. Die Effizienz der Wärmepumpe – ausgedrückt in der Leistungszahl – sinkt allerdings, wenn die Temperatur der Quelle geringer wird.

Die Leistungszahl (entsprechend der Wirkungsgrad) ist höher, je wärmer die Umgebung ist, das lässt sich einfach berechnen

Im Sommer wird das Kältereservoir wieder aufgetaut (Solarthermie) um im Winter die dann gespeicherte Energie wieder zu nutzen.
Allein der Phasenübergang von Wasser zu Eis (Kristallisationswärme) wird zur Energiespeicherung verwendet.
 

Harm

User
Ulrich,

Lese ich das von dir geschriebene jetzt richtig und drehst du die Tatsachen genau falsch herum?
(Zitat:Von der Temperatur (und entsprechend Wärmeleitfähigkeit) des Erdbodens hängt der Wirkungsgrad ab. Je kälter der ist, um so besser funktioniert das.)

Es ist natürlich so das die Effizienz (COP-Wert) von eine Wärmepumpe sich verbessert je höher die Brunnentemperatur ist (und je niedriger die Abgabetemperatur des Heizungssystems in der Wohnung). Also, je kleiner der Temperaturunterschied zwischen Wármebrunnen und Wärmeabgabe je besser.
 

bee2

User
Ullrich, also du hast schon recht, wenn du sagst das Thermodynamik ein nichttriviales Thema ist udn manchmal Überraschungen bereithält, die dem gesunden Menschenverstand widersprechen.

Aber:
Wasser "erwärmt" sich quasi, wenn es zu Eis wird, und "kühlt ab", wenn man es auftaut.
- das ist jetzt ein wenig irreführend. Ich muss Wasser Wärme entziehen, damit es zu Eis wird. Und zwar sehr viel. Deswegen wirkt ein Wasser-Eis Gemisch als so guter Temperaturstabilisator, weil man viel Wärme reinpumpen oder entziehen kann, ohne dass sich die Temperatur (0°) ändert.


Die Wärmepumpe arbeitet gegen 0°C natürlich besser als gegen die üblichen 10°C des Erdbodens
Widerspruch, euer Ehren: die Wärmepumpe arbeitet besser je wärmer der Erdboden ist. Siehe hier Die benötigte Energie zum Antrieb der Wärmepumpe verringert sich - d.h. der Betrieb wird umso sparsamer - je geringer die Temperaturdifferenz zwischen Erdtemperatur und Wohnrauminnentemperatur ist. [... ] Um eine möglichst hohe Leistungszahl und somit eine hohe Energieeffizienz zu erlangen, sollte die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der Wärmesenke und der Nutztemperatur möglichst gering sein.

Deswegen verstehe ich auch nicht so richtig den Ansatz der Eisheizung. Natürlich kann man Eis (oder Wasser) Wärme entziehen. Man kann allem was wärmer ist als 0° Kelvin = -273°C Wärme entziehen. Nur: je kälter das Wärmereservoir ist, umso schwieriger wirds noch die Restwärme rauszukriegen...

Das Einzige was ich verstehen könnte ist, dass die Eisheizung mehr Sinn macht, wenn der Boden wirklich kalt wird. Aber wenn der Wärmepuffer (Boden) ca.15° hat, dann ist es immer wirtschaftlicher, da die Wärme rauszuziehen als einem 0° kalten Wärmepuffer.

Also meine Meinung: die Eisheizung ist entweder Humbug. Oder sie ist wegen anderen Randbedingungen sinnvoll: sehr kalte Böden, kein grosser Boden verfügbar (Stadtwohnungen?).

oups, Edith sagt mir das andere mal wieder schneller waren ;)
 

bee2

User
obwohl, ob wohl ein Eisangetriebener Modellflieger ein besseres Leistungsgewicht hat als mit Lipos? :D:D:D
 
„Wenn ich ein Kilogramm Eis schmelze, wird soviel Energie frei, als würde ich einen Liter Wasser von Null auf 80 Grad erwärmen.“ Dr. Sylvia Schädlich demonstriert auf einer Ofenplatte, was geschieht, wenn das Eis zu schmelzen beginnt und zu Wasser wird. „Diese Wärme, die ich jetzt durch die Ofenplatte hier hineinstecke, ist sozusagen im Wasser gespeichert. Und wenn ich das rückwärts laufen lasse, wenn ich aus Wasser wieder Eis mache, kann ich genau diese Wärme für die Wärmepumpe nutzbar machen.“

Kristallisationswärme Eis: 333,5kJ/kg

Temperaturerhöhung von 1l Wasser (etwa 1kg) von 0°auf 80°C =
4,18J/g*1000g*80°K=334,4KJ

passt.

Wasser setzt eine Energie von 333,5kJ/kg frei, wenn es gefriert, daher sinkt die Temperatur in der Zeit des gefrierens nicht unter 0°C
Denn um Wasser zu Eis zu machen braucht es ebenfalls Energie
Diese Energie muss dem Wasser entzogen und nicht zugesetzt werden.
 
Ich bin kein Wärmepumpen Spezialist, berufsbedingt muss ich aber etwas von Kühl/Gefrierschränken verstehen. Wenn ich also nicht total daneben liege ist dass aber in etwa das gleiche Prinzip, nur eben umgekehrt. (Drinnen warm...draußen kalt). So wie es einige hier schon bemerkt haben. Um aber brauchbare Wärmeenergie zu gewinnen, muss woanders Wärmenergie vorhanden sein. Von nix kommt nix.

Um es einfach zu halten und keine Lehrstunde in Kältetechnik zu halten (das Verdichtergedöns, um Gase unter Druck u.s.w. ect, pp, lasse ich mal außen vor):

Aus Erfahrung weis ich, dass wenn z.B. der Gefrierschrank innen +20°C warm ist, ich aber -20°C haben will, viel Wärme nach draußen transportiert werden muss. Deutlich zu fühlen am Kondensator, ähm... das schwarze Rohrgeflecht da hinten am Gerät. Er ist dann verflixt Heiß, weil er die Wärme von drinnen, draußen wieder abgeben muss.
Innen an den Rohren (Verdampfer) wird’s dafür schön kalt.

Nach einiger Zeit ist innen, z.B., 0°C erreicht. (Bitte das Bier rechtzeitig entnehmen... wer lutscht gerne schon Bier am Stiel?). Der Kondensator ist dann bei weitem nicht mehr so warm, und wenn innen die Temperatur noch weiter fällt... bei -20°C kann man grade noch so fühlen das der Kondensator noch warm ist, sprich, es wird noch etwas Wärme nach draußen transportiert: Die Wärme (Energie) ist fast völlig Absorbiert.

Je nachdem welches Kältemittel verwendet wird, sage mal R600a, weil es bei den meisten modernen Kühlgeräten Verwendung findet, ist bei runde -42°C Schluss mit Lustig: Drinnen ist’s Arxxx Kalt... und draußen ist dann nur noch Zimmertemperatur am Kondensator.
Wenn ich nun Trockeneis in den Gefrierschrank packe, rund -80°C, (drinnen wird’s dann richtig Kalt, nun ist auch die letzte Flasche Bier geplatzt), davon wird der Kondensator draußen aber nicht wärmer. Es ist schlicht und einfach keine Wärmeenergie mehr vorhanden die von A nach B transportiert werden kann.

So weit so gut. Ich hoffe die meisten haben Verstanden was ich sagen will.
Wenn ich also einen grade so 0°C Eisblock Wärme entziehen will, kann da nicht mehr viel kommen, viel wärme (Energie) ist da ja nicht mehr vorhanden.
Und das soll reichen um meine Hütte zu heizen, zum baden oder duschen? Das bisschen Molekularenergie welches bei der „Umwandlung“ von flüssig zu fest frei wird?

Sollte der Eisblock aber aus heißen Wasser bestehen (welches ich mit Solarkollektoren während des Sommers in den Eisblock pumpe), habe ich einen gewaltigen Energieüberschuss. Und den kann ich im Winter ins Haus pumpen... zum heizen, duschen usw.
Aber: 1 Liter kochendes Wasser enthält rund 350W. 10 l also 3,5KW usw. (Ja- ja, weiß ich selbst, ist durch die Brust ins Auge gerechnet!)
Die Frage ist also: Wie viel KW, also Liter kochendes Wasser (Eisblock?), bräuchte ich, um meine Hütte im Winter 1 Tag zu heizen? (die Größe der Hütte, Isolierung, Raum Ausgangstemperatur, Außentemperatur ...blabla... weggelassen.) Oder gar den ganzen Winter?
(Den Schwund, also den Stromverbrauch für Wärmepumpe usw. auch noch elegant unterm Tisch fallen gelassen)

Herrje: Wie Groß muss da der Eisblock in meinen Garten sein?

Das Prinzip ist mir daher absolut nicht Verständlich, obwohl ich mit der Materie zu tun habe!
 
Diese Energie muss dem Wasser entzogen und nicht zugesetzt werden.

Macht schon Sinn, aber warum benötigt dann ein Gefrierschrank überhaupt Strom? Weil er gegen die 20 Grad Umgebungstemperatur arbeiten muss? Diese müsste ja Energie in das Wasser stecken, der Gefrierschrank versucht nun diese Energie wieder rauszubekommen, aber dann hätte ich doch Energie übrig. Bzw. man könnte einen Gefrierschrank bauen welcher eben mehr Strom produziert als konsumiert.

gruß cyblord
 
Herrje: Wie Groß muss da der Eisblock in meinen Garten sein?

Hatten, ich glaub bei Galileo einen Bericht über die "Eis Heizung"
Die hatten sich bei einem Neubau, ich glaub, knapp 7-10m³, Wasser im Garten verbudelt.
Die müssen aber einmal im Monat über die Solarzellen aufen Dach Aufgetaut werden!
Wenn die Nötige Energie aus erneuerbaren Energien stammt zb. Aus Solarzellen, dann ok alles andere is mMn. Humbug
 
Macht schon Sinn, aber warum benötigt dann ein Gefrierschrank überhaupt Strom?

Weil man Energie braucht um Energie zu Transportieren!

Hier läuft es nur andersherum als beim Kühlschrank, dem Wasser wird Energie Entzogen (Wärme Energie) die dann im Haus genutzt wird.

Und dazu braucht man nun mal Energie, ein Kühlschrank wird ja auch nicht von alleine Kalt.
Das System ist das selbe: Dem Kühlschrankinhalt wird Wärme Energie Entzogen, und es bleibt die Kälte im inneren Über.
 
Thomas, wie du gerechnet hast stecken in 1l frisch gekochtem Wasser etwa 418 kJ Wärmeendergie, die bei der Abkühlung auf 0°C wieder abgegeben werden.
Die gespeicherte Wärmeenergie beträgt also 418kJ/kg.
Wenn Du aber das Wasser von 0,1°C auf -0,1°C abkühlst (gefrierst), so kann man dem Wasser 333,5kJ an Energie entziehen.

100°C heisses Wasser zu speichern ist schwer, Wasser mit 10°C in der Erde zu lagern dagegen leicht, das entstehende Eis ebenfalls.
Und es macht überhaupt nichts aus, wenn das Eis während der Heizpausen wieder auftaut, es entzieht der Umwelt die Energie dazu und speichert diese.
Diese Eisspeicher sind Latent-Wärmespeicher
 
Aha, dass ist der Trick! Übertag mit der Sonnewärme den „Eisblock“ wieder einschmelzen, bzw. mit Energie versogen. Dazu muss also das Wasser auch nicht kochendheiß sein, 60°C werden wohl reichen (bei der Größe die j-o-j-o geschätzt hat).
Und wenn’s wirklich stimmt das da ein Physikalischer Dingsbums existiert, welcher es ermöglicht dem fast Eiswürfel noch mal die gleiche Energie abzuluchsen, die man von 60°C schon bekommen hatte, ohne das er Solid gefriert, dann kann ich dass unter: Wieder was dazugelernt, auf meine Biologische Festplatte speichern.
Vorrausgesetzt das die Energiefreisetzung bei von 0.1°C nach -0.1°C wirklich so gewaltig ist.
Allerdings ist mir noch nie aufgefallen das die Temperaturen im Gefrierschrank bei 0°C, also kurz bevor die Flaschen platzen würden, angestiegen wären. Na ja, kann auch an den Temperaturschreibern liegen die ich so benutze. (Nein, ich habe keine kleinen Angestellten die Schreiben können im Freezer sitzen, die dann all 5 Minuten aufs Thermometer linsen und den Wert ins gefrorene Ton meißeln.)
Ich vermute mal das die Erfinder dem Wasser auch noch einen Antifreeze beimischen um die Temperaturen noch tiefer zubekommen. So eine Art Eispampe.
Denn: Eis ist ein sehr guter Temperatur Isolator. Ist der Eiswürfel da im Garten erst mal richtig hart gefroren, wird das Duschen im Haus zum Survival Training.
Tipp dazu am Rande: Den Gefrierschrank möglichst Eisfrei halten, spart Strom!
 
Hallo Thomas,

Nein, das Wasser muss gefrieren, anderenfalls funktioniert der Eisspeicher nicht.
Erst in diesem Moment wird die Energie "freigesetzt"
 
Nachdem das Rätsel um die Funktionsweise jetzt gelöst ist :D

Nochmal zur Ausgangsfrage: Wegen der Wärmepumpe entstehende Stromkosten kann ich gleich "klassisch" Heizen. Darüberhinaus möchte ich nicht wissen, welche CO2-Bilanz das ganze am Ende hat. Besser als nur mit Strom zu Heizen auf jeden Fall, denoch ... Kohle -> Kraftwerk (nüelektrisch 40%) -> Umspannstationen -> viele Kilometer Leitung -> x Umspannstationen -> Wärmepumpe ...
Eigentlich sollte man ja versuchen, vom Strom wegzukommen. Hier ist das Gegenteil der Fall.

Darüberhinaus wäre eine "klassiche" Wärmepumpe mit Wasserleitungen im Erdreich sinnvoller, denn hier wäre die Temperaturdifferenz kleiner und somit der Einsatz elektrischer Energie geringer.

das ganze macht doch wirklich nur eingeschränkt Sinn?
 

Harm

User
Heinz,

Du hast es an sich sehr gu erfasst.

Ich bin hauptberuflich mit Wärmepumpen tätig, betreibe u.a. ein Labor mit Wärmepumpenprüfstand.

Die Idee mit ein Temperaturniveau von 0°C die Wärme zu erzeugen ergibt schon grobweg einen 25% höheren Energieverbrauch verglichen mit ein optimales Brunnentemperaturniveau. Mann könnte es noch etwas gutreden wenn davon ausgegangen wird das die brunnenseitig erzeugte Kälte bei höhere Aussentemperaturen für Komfortkühlung benutzt wird.

Um eine Wärmepumpenheizung, inclusive Warmbrauchwassererzeugung was öfters mehr Energieverbrauch verursacht wie die Heizung, energetiscch optimal zu betreiben fragt um eine optimale Kombination im gansen Bauprozess. (Entwurf der Anlage aber auch der Wohnung, Bauqualität, Installationsqualität und Abgleich der Anlage, Wärmepumpenqualität, Regelung, Bewohnerverhalten, usw.)

Wenn ich rede von energetisch optimal dann rede ich noch nicht von finanziell optimal.
 

FamZim

User
Verdampfer

Verdampfer

Hi

Was mich immer Wurmt ist, das das müsam komprimierte Kühlgas einfach in einer Düse expandieren darf, und die ganze Kopressorleistung verballert.
Da ist ein Druckluftmotor, der dort eben mit Kühlgas angetrieben wird, sicher um einiges besser vom Gesammteta !
Der kann seine mechanisch gewonnene Energie dann direkt in den Antrieb wieder einspeisen !
Kallt wird der sicherlich trotzdem, das merkt jeder der nur mit einem Druckluftgerät arbeitet.
Das Verhältnis Antriebsleistung zu Nutzleistung "könnte" von 1 zu 3 auf 1 zu 5 gesteigert werden, klatsche ich mal hier im Kaffe !

Gruß Aloys.
 
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