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moskal

Gedanken zur Kühlung

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moskal

Hallo,

 

vor ein paar Jahren dachte ich mir mal: "Warum für kühle Getränke in den Keller gehen wenn der Keller doch per Wasser Steigleitung in die Wohnung kommt?" Darauf hin hatte ich einen Karton sehr gut wärmegedämmt und das Wasser das zur Toilettenspülung gehen sollte erst mal in einem Langen Schlauch durch diese Karton geleitet. Wer viel trinkt muß auch häufig die Spülung betätigen und hält dabei die Kühlung am Laufen. Das Resultat war nicht kühlschrankkalt aber durchaus wahrnehmbar. Den Schlauch durch mein damaliges Axolotlaquarium legen hat auch was gebracht. Selbstverständlich ging es da eher um mein Bastel und Spieltrieb als um ein wirklich alltagstaugliches Resultat. Allerdings hatte ich mir das für eine eventuell mal anfallende Eigentumswohnungsrenovierung in ein wenig ausgefeilter und mit Nutzung von jedem Wasser das in die Wohnung kommt im Hinterkopf behalten.

 

Momentan denke ich über die Kühlung von Pflanzenvitrinen/Kleingewächsäusern/Molchterrarien/Fischkübeln auf diese Weise nach: Das was es als Fußbodenheizung gibt zweckentfremden und mit Wasser das per Erdreich gekühlt wurde durchströmen. Das könnte z.B. eine verbuddelte Zisterne sein von der aus mit einer kleinen Pumpe das Ganze in Schwung gehalten wird. Tags wird per Solarpaneel gepumpt, nachts kühlt das Ganze wieder ordentlich runter. Und Gießwasser wird ja so und so gebraucht. Oder eben die Wasserzuleitung zum Haus die in Windungen durch z.B. ein Gewächshaus geleitet wird.

Wurde sowas schon ausprobiert? Für die Kühlung von Bürogebäuden und z.B. Großrechnern auf diese Weise habe ich schon gelesen, in wie weit sich das durchgesetzt hat weiß ich nicht.

 

Gruß, helmut

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Beautytube
vor 16 Minuten schrieb moskal:

Das könnte z.B. eine verbuddelte Zisterne sein von der aus mit einer kleinen Pumpe das Ganze in Schwung gehalten wird. Tags wird per Solarpaneel gepumpt, nachts kühlt das Ganze wieder ordentlich runter. Und Gießwasser wird ja so und so gebraucht. Oder eben die Wasserzuleitung zum Haus die in Windungen durch z.B. ein Gewächshaus geleitet wird.

Wurde sowas schon ausprobiert?

 

Ich denke gerade über so etwas nach. Was ich zusätzlich nutzen werde ist meine Tiefenbohrung für die Wärmepumpe. Die endet in der Wintersaison mit ca. 0°C. Ergo ist das Erdreich rundherum schön kühl. Ich muss mir aber einen Techniker kommen lassen, der mir in den Solekreis einen Wärmetauscher einbaut.

 

Bei der ganzen Sache muss man die Wärmetauscher mit berücksichtigen. Du benötigst immer eine Fläche und eine Temperaturdifferenz. Das muss man sich vorher mal grob durchrechnen, sonst investiert man viel Geld und hat keine Wirkung.

 

Die Idee mit der Zisterne ist top!

 

BT

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Patrick S.

Bei Wärmepumpen (Sole/Wasser und Wasser/Wasser) gibt es die Option einer passiven Kühlung. Wärmetauscher und Umwälzpumpe laufen, der Verdichter jedoch nicht. Kühlmedium ist dann das Grundwasser bzw. der Boden. Soll bis zu 3 Grad Absenkung der Raumtemperatur bringen. 

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Christoph Hübner

Hallo,

 

sehr interessanter Gedanke, über dessen Anwendbarkeit ich auch schon nachgedacht habe. Bei Verwendung von Trinkwasser würde ich folgende Punkte beachten:

  • Vermeidung hoher Wasserverbrauch stets vor Kühlleistung
  • Temperatur jahreszeitlich unterschiedlich
  • keine Verwendung erwärmten Wassers (bei Stagnation, sprich längere Zeit kein Durchfluss) durch Keimgefahr (Legionellen sind vor allem bei Aufnahme über Lunge, sprich Wasserdampf beim Duschen, gefährlich). Die Toilettenspülung sehe ich jedoch unkritisch.

Als alleinige Kühlung ist Trinkwasser aufgrund der schwankenden Temperatur und Durchflussmenge wohl nicht geeignet.

 

vor 13 Stunden schrieb moskal:

Oder eben die Wasserzuleitung zum Haus die in Windungen durch z.B. ein Gewächshaus geleitet wird.

Davon würde ich nach obigen Überlegungen auf jeden Fall abraten.

 

Die Verwendung von Grundwasser, beispielsweise über einen Entnahme- und einen Schluckbrunnen, ist meines Wissens nach genehmigungspflichtig. Zusätzlich müssen dabei Dinge wie die Fließrichtung des Grundwassers beachtet werden, um thermische Kurzschlüsse zu vermeiden.

 

vor 13 Stunden schrieb moskal:

Das könnte z.B. eine verbuddelte Zisterne sein von der aus mit einer kleinen Pumpe das Ganze in Schwung gehalten wird. Tags wird per Solarpaneel gepumpt, nachts kühlt das Ganze wieder ordentlich runter.

Wenn man eine Zisterne oder gar Erdwärmekollektoren hat, steht der Kühlleistung nur noch die Leistungsaufnahme der Pumpe entgegen, die je nach Situation aber nicht unerheblich ist. Eine Zisterne ist dabei leider kein optimaler Wärmeübertrager, sprich erwärmtes Wasser kühlt darin deutlich langsamer ab als in einem Tiefen- oder Flächenkollektor für Wärmepumpen. Da sie zusätzlich ein offenes System darstellt (Wasser wird zu- und abgeführt, im Gegensatz zu Wärmepumpen, die mit geschlossenen Kreisen arbeiten), müssen ggf. ein Filter eingebaut und korrosionsarme Rohrleitungen aus Kunststoff verwendet werden. Um die theoretische Kühlleistung einer Zisterne zu berechnen, braucht man folgende Parameter:

  • Gestalt der Zisterne (Form, Volumen, Material)
  • Temperatur (abhängig von Tiefe und Jahreszeit) und Wärmeübertragungskoeffizient (abhängig von Beschaffenheit) des Erdreichs
  • Temperatur des zu kühlenden Mediums (z. B. Lufttemperatur im GWH)
  • Verluste durch Pumpe, Leitungen, etc.

Da die Wärmeübertragung instationär ist, würde ich vereinfacht von einer konstanten Erdreich- und Lufttemperatur und kompletter Befüllung der Zisterne ohne Entnahme ausgehen. Leider ist das Ganze dann immer noch nicht wirklich einfach zu berechnen, da es für Zisternen keine thermischen Kennzahlen wie für z. B. Plattenwärmeübertrager gibt. Wenn jemand Messdaten aus der Praxis hat, würde mich das daher auch sehr interessieren. Dass man durch eine praxisüblich dimensionierte Zisterne aber ausreichend Kühlleistung für ein praxisüblich dimensioniertes GWH für z. B. Hochland-Nepenthes bereitstellen kann, wage ich zu bezweifeln.

 

Viele Grüße

Christoph

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Beautytube
vor 6 Stunden schrieb Christoph Hübner:

Leider ist das Ganze dann immer noch nicht wirklich einfach zu berechnen, da es für Zisternen keine thermischen Kennzahlen wie für z. B. Plattenwärmeübertrager gibt. Wenn jemand Messdaten aus der Praxis hat, würde mich das daher auch sehr interessieren.

 

Wärmeübertragung von der Zisterne auf das Erdreich ist m.E. mit Wärmeleitfähigkeit von Beton und Erdreich zu modellieren (Grenzschicht Wasser auf Beton nicht vergessen!). Diese Werte sind bekannt (Wärmeatlas). Wenn man Wasser direkt in die Zisterne einleitet, dann kann man davon ausgehen, dass die Wärmeübertragung ins Wasser unendlich gut ist (Durchmischung).

 

Ich würde das Ganze aber über einen Rohr-, oder Plattenwärmetauscher machen. Eine einfache Möglichkeit ist einen Wellflexschlauch entsprechender Länge reinzulegen (habe ich schon mal so gemacht, bei einer anderen Anwendung).

 

BT

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Christoph Hübner
vor 7 Stunden schrieb Beautytube:

Wenn man Wasser direkt in die Zisterne einleitet, dann kann man davon ausgehen, dass die Wärmeübertragung ins Wasser unendlich gut ist (Durchmischung).

Für diese Annahme müsste man nachts eine Umwälzpumpe in der Zisterne laufen lassen, die zusätzlich Elektroenergie benötigt. Eine konstante Wärmeaufnahme des Wassers vom zu kühlenden Medium und eine konstante Wärmeabgabe an das Erdreich simuliert nur den Tag. Für die Leistungsfähigkeit ist aber gerade die Auskühlung in Zeiten keiner Abnahme (Nacht) entscheidend.

 

Viele Grüße

Christoph

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Beautytube
vor 6 Minuten schrieb Christoph Hübner:

Für diese Annahme müsste man nachts eine Umwälzpumpe in der Zisterne laufen lassen, die zusätzlich Elektroenergie benötigt. Eine konstante Wärmeaufnahme des Wassers vom zu kühlenden Medium und eine konstante Wärmeabgabe an das Erdreich simuliert nur den Tag. Für die Leistungsfähigkeit ist aber gerade die Auskühlung in Zeiten keiner Abnahme (Nacht) entscheidend.

 

Glaube das hast Du missverstanden: Wenn man direkt Wasser aus der Zisterne nimmt und wieder rein plätschern lässt (am besten nicht neben dem Ansaugstutzen) so durchmischt sich das Wasser sicher sehr gut.

 

Die Zisterne muss man natürlich auch als Wärmekapazität berücksichtigen. Die Ausbreitung im Erdreich muss mit der Diffusionsgleichung (Wärmeausbreitungsgleichung) modelliert werden. Dies kann man durch ein Zwiebelschalenmodell realisieren, um nicht gleich die ganze Diffgleichung lösen zu müssen. Wenn ich die Publikation von mir finde (war eher eine unwichtige) sende ich Sie Dir zu.

 

LG,

 

BT.

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Christoph Hübner
vor 10 Minuten schrieb Beautytube:

Glaube das hast Du missverstanden: Wenn man direkt Wasser aus der Zisterne nimmt und wieder rein plätschern lässt (am besten nicht neben dem Ansaugstutzen) so durchmischt sich das Wasser sicher sehr gut.

Ja, aber nachts besteht doch kein Kühlbedarf, ergo keine Durchmischung, oder was sehe ich da falsch? Die Ausbreitung im Erdreich sehe ich unkritisch. Da habe ich auch schon einige theoretische und praktische Untersuchungen gesehen.

 

Edit: Auch habe ich Zweifel, ob sich ein Körper, der dahingehend optimiert wurde mit möglichst wenig Material, ergo wärmeübertragender Oberfläche, ein möglichst großes Volumen zu haben, mit denselben Kennzahlen simulieren lässt, die für typische Wärmeübertrager (Wand, Rohr(-bündel) etc.) ermittelt wurden, wo es sich genau andersherum verhält.

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Beautytube
vor 53 Minuten schrieb Christoph Hübner:

Ja, aber nachts besteht doch kein Kühlbedarf, ergo keine Durchmischung, oder was sehe ich da falsch? Die Ausbreitung im Erdreich sehe ich unkritisch. Da habe ich auch schon einige theoretische und praktische Untersuchungen gesehen.

 

Eh nicht. In der Nacht ist das System abgeschaltet.

 

Überschlagsrechnung:

Nehmen wir an, das Terrarium hat 2 m² Oberfläche und einen Wärmeübergangskoeffizienten von 0.2 m²K/W, dann fließen bei ca. 10°C Temperaturunterschied  2*10/.2 = 100 W ab. Rechnet man noch 100 W Beleuchtung dazu dann sind das 200 W wegzukühlen.

 

Diese bringt man nun in die Zisterne ein (und ich vernachlässige mal die Wärmeabfuhr in den Boden).

Nimmt man eine Zisterne mit 10000 l Volumen an so ergibt sich mit der spezifischen Wärme von Wasser (4,2 kJ/kg/K) und einer spezifischen Dichte von Wasser (1 kg/l) eine Temperaturerhöhung von 200W*3600s/1000/(4.2 kJ/kgK*10000kg)=0,01714 K (in einer Stunde) Temperaturerhöhung im Zisternenvolumen.

Ich denke daher, dass die Zisterne Bodentemperatur geführt ist (= immer die selbe Tempertatur wie der Boden hat, bzw. das Regenwasser das in die Zisterne geflossen ist). Selbst bei einem sehr ungünstigen Oberflächen zu Volumenverhältnis.

Ich habe mal eine Zisterne dahingehend vermessen (kein Temperatureintrag) und Temperaturen zischen 3 °C und 12 °C erhalten (je nach Jahreszeit, die Zisterne ist oberflächennahe und daher einer saisonalen Bodentemperaturschwankung unterworfen). Dies stimmt auch mit Literaturangaben überein: https://de.wikipedia.org/wiki/Bodentemperatur#/media/Datei:Bodentemperatur.png

 

Das Bisserl Temperaturerhöhung lässt sich über den Boden (in dem ja die Zisterne eingegraben ist) selbst über die sehr lausige Wärmeleitfähigkeit des Erdreichs (2W/mK) locker wegbringen.

 

Ich kühle mit der Zisterne kein Haus sondern ein Terrarium, daher sind wesentlich weniger kritische Randbedingungen bzgl. Wärmeübertragungen zu beachten. Die Durchflusströme sind auch eher untergeordnet. Was mich eher wundert ist die Wärmetauscherei im Terrarium. Da verliert man gleich mal 5 - 15°C Temperaturunterschied. Daher wird es bei 15°C Zisternentemperatur sehr sehr knapp.

 

Glaube mich nicht verrechnet zu haben.

 

Detaillierter kann ich das nur mehr am Papier ausführen, da ich sonst gleich eine Bachelor Arbeit einreiche.

Wir können auch gerne skypen.

 

BT.

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Christoph Hübner

Hallo Peter,

 

danke für die Rechnung. Ich bin eher von einem GWH ausgegangen. Dass sich 10 m³ Wasser unbeeindruckt von einem kleinen Terrarium (rund 45x45x90 cm) zeigen, überrascht mich nicht. Jedoch würde dafür wohl niemand so einen riesigen Tank verbuddeln. Unsere Grundannahmen weichen also erheblich voneinander ab. Ansonsten stimme ich der Überschlagsrechnung soweit zu.

 

vor 1 Stunde schrieb Beautytube:

Was mich eher wundert ist die Wärmetauscherei im Terrarium. Da verliert man gleich mal 5 - 15°C Temperaturunterschied. Daher wird es bei 15°C Zisternentemperatur sehr sehr knapp.

Mit einem ausreichend dimensionierten Radiator und erzwungener Konvektion über Lüfter reicht meiner Meinung nach eine Grädigkeit von 5 K für Terrarien. Damit würde man sich trotzdem arg an der Grenze bewegen. Guter Punkt also!

 

Viele Grüße

Christoph

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