UPGRADE IP 9 verfügbar!
Timberwolf VISU jetzt mit NEUEM Layout Editor
Freie Anordnung, Reihenfolge und Größe der Widgets - viele weitere Verbesserungen
Infos im Wiki: https://elabnet.atlassian.net/l/cp/06SeuHRJ

NEU! Insider & Leistungsmerkmale FÜR ALLE freigeschaltet
Damit kann nun jeder das Upgrade vornehmen und VISU & IFTTT testen. Alle Info hier: viewtopic.php?f=8&t=5074

[Erfahrungsbericht] Temperaturmessung mit 1-Wire am Schichtspeicher – der Schlüssel für weitgehend solare Autarkie

Diskussionen über Zeitserien, Logging und Auswertung mit Grafana
Forumsregeln
  • Denke bitte an aussagekräftige Titel und gebe dort auch die [Firmware] an. Wenn ETS, CometVisu, Grafana, Edomi oder eine andere Software beteiligt ist, dann auch immer deren Version
  • Bitte mache vollständige Angaben zu Deinem Server, dessen ID und dem Online-Status in Deiner Signatur. Hilfreich ist oft auch die Beschreibung der angeschlossener Hardware sowie die verwendeten Protokolle
  • Beschreibe Dein Projekt und Dein Problem bitte vollständig. Achte bitte darauf, dass auf Screenshots die Statusleiste sichtbar ist
  • Bitte sei stets freundlich und wohlwollend, bleibe beim Thema und unterschreibe mit deinem Vornamen. Bitte lese alle Regeln, die Du hier findest: https://wiki.timberwolf.io/Forenregeln

Ersteller
SmartMUC
Reactions:
Beiträge: 17
Registriert: Mi Jan 29, 2020 4:57 pm
Hat sich bedankt: 4 Mal
Danksagung erhalten: 89 Mal

#11

Beitrag von SmartMUC »

Hallo Björn,

danke für Dein Feedback, das freut mich sehr! :D

Es ist „nur“ ein Hobby und wenngleich ich einen technischen Background mitbringe, habe ich mir alles über umfangreiche Recherchen selbst angeeignet und mit vielen Berechnungen plausibilisiert. Wir haben an einigen Stellen Neuland betreten mit Anlagenkonzepten, die so nicht oder nur sehr selten umgesetzt wurden, womit dann kaum Erfahrungswerte vorliegen. Da vieles davon nicht mehr oder nur mit hohem Kostenaufwand korrigiert werden kann, gleichzeitig aber alles einwandfrei funktionieren muss, bleibt einem nichts anderes übrig als die Materie relativ tief zu durchdringen.

Ein großes Lob für Dein Engagement und Deinen Ansatz, sich umfangreich mit Vorlauf- / Rücklauftemperaturen zu beschäftigen! Dieser Ansatz ist goldrichtig! Großartig! :handgestures-thumbupright:
Es ist nicht die Produktauswahl, die ein effizientes oder autarkes System ausmacht, sondern das Konzept, das Design und die sinnvolle Dimensionierung des Ganzen.

Eine smarte Regelung ist dann die Spitze der Pyramide, kann aber nur das regeln und ausreizen, was die vorher richtig designten und dimensionierten Systeme hergeben.
Natürlich sind Hochglanzbroschüren sehr verlockend, bei Wärmepumpen oft mit blauem Himmel und saftig grünen Wiesen, Nutzung von Umweltwärme und alles regenerativ natürlich über PV (Photovoltaik). Man kann das semantisch sehr schön beschreiben, logisch einleuchtend und ökologisch richtig klingt das dann alles auch.

Nur – man muss das rechnen um zu merken, dass so manche (Marketing-) Aussage oder Wunschvorstellung wie eine Seifenblase zerplatzt.

Wärmepumpe auf PV-Strom? Wirklich?
Im Sommer meinetwegen um Warmwasser zu erzeugen, aber ist das relevant? 70-80% der Wärmeerzeugung fällt in die Monate, wo der PV-Strom vorne und hinten nicht reicht, für den Haushalt wenn überhaupt, aber sicher nicht für die Wärmepumpe, die läuft dann fast ausschließlich auf Netzstrom. Auch schon bedacht, dass eine teure Wärmepumpe bei Ganzjahresbetrieb (zur Warmwasser-Erzeugung) viel schneller verschlissen ist als wenn sie nur die 4 Kern-Wintermonate arbeiten muss (Warmwasser sonst solarthermisch)? Nicht nur die Betriebszeit, vor allem die Anzahl der Verdichter-Starts ist auf das Jahr gesehen deutlich schlechter und reduziert die Lebensdauer. Im Winter läuft sie lange Zeiträume durch, das schont den Verdichter.

KISS – Keep It Simple Stupid
Zuerst – mit schlechtem Wirkungsgrad – mit der PV Strom zu erzeugen und diesen dann mit einem Heizstab mit einem COP von 1 als elektrische Heizung zu verheizen, erschien mir physikalisch unsinnig, auch wenn es einfach ist und fast nichts kostet. Eine Wärmepumpe einzusetzen löst zwar das Effizienzproblem zumindest teilweise, ist aber viel teure Technik für eine vergleichsweise minderwertige Energieform: Wärme. Eine einfache Solarpumpe macht das ohne PV, Wechselrichter und Wärmepumpe, da geht außer der reinen Umwälzpumpe praktisch nichts kaputt, der COP ist gigantisch.

Der Batteriespeicher löst das Problem? Welches genau?
Wenn unter bilanzieller Betrachtung die Erzeugung in den Monaten November bis Februar gerade ausreicht um den Haushaltsverbrauch zu decken, braucht es hier schon einen idealen, verlustfreien und riesigen Batteriespeicher im Bereich vieler hundert Kilowattstunden um nur das zu schaffen. Den gibt es natürlich nicht (bezahlbar), ebenso wie ja nicht jeden zweiten Tag die Sonne scheint. Die Realität ist, ein schon relativ großer Batteriespeicher im Haus schafft es über eine Nacht, mit Ach und Krach über eine zweite. An einem solchen trüben, regnerischen Tag heute zum Ende März ist der Hausverbrauch schon wieder größer als die Erzeugung. Der Batteriespeicher ist schon in der zweiten Nacht leer und das Haus auf Netzstrom, nur durch den Haushalt. Würde die Wärmepumpe jetzt noch laufen, wieder zu 100% auf Netzstrom, daran würde auch eine doppelt oder dreimal so große PV-Anlage nichts grundsätzlich ändern, wenig multipliziert mal 2 oder 3 ist immer noch wenig, demgegenüber werden die ohnehin schon großen Überschüsse im Sommer auch 2 bis 3-Mal so groß, das eigentliche Problem genau genommen verschlimmert.

Das klingt für mich auch für die Energiewende nicht ganz logisch, weil wir de-facto das Netz zu den ungünstigsten Zeitpunkten als „Reservespeicher“ brauchen, den es natürlich in dieser Größenordnung nicht gibt und wohl nie geben wird – auch hier hilft neben der üblichen Semantik einfaches Rechnen und Vergleich der Größenordnungen. Dann springt also irgendwo wieder ein Gaskraftwerk an, alternativ Biomasse mit 40% Holzfeuerungsanteil (im Mittel in der EU – hatten wir nicht gerade die Feinstaub-Diskussion?) oder noch schlimmer das Kohlekraftwerk (auch hier mit Holz-Zugabe). So richtig jedes Engagement in eine regenerative Zukunft ist und jede erdenkliche Unterstützung verdient, so einfach ist das wie das häufig klingt leider nicht, vor allem nicht mit zu stark vereinfachten Konzepten. Wenn wir von Wasserstoff träumen, muss der irgendwo in Äquatornähe produziert und mit Schiffen – natürlich regenerativ – hierher gebracht werden. Bei den sehr hohen Verlusten der ganzen Kette Wasserstofferzeugung, Transport und Rückumwandlung in Strom leidet auch hier der Optimismus ein wenig. Also lohnt sich jede einzelne Stunde „Tüftelei“, was wir vor und hinter der eigenen Haustüre tun können, denn hier geht’s schon mal los.

Ich kann nur jedem raten, nicht als erstes mit Produktbroschüren zu starten, denn dort findet man eine semantische Beschreibung – auch genannt Verkaufsargumente für dieses eine Produkt, die noch zudem ein gutes Gefühl vermitteln sollen – was in den seltensten Fällen zu Eurem eigenen Ziel führt und oft noch nicht mal dazu passt.

Wir hatten anfangs auch über ein All-in-One Kompaktgeräte nachgedacht, weil es auf den ersten Blick vieles leichter macht, aber dann diese Idee schnell verworfen. Die Erweiterungsmöglichkeiten sind extrem begrenzt, zudem bin ich auf einen Hersteller festgelegt, jedes Ersatzteil muss in diese kleine Kiste hineinpassen, ein anderer Installateur macht das nicht und damit wird das in Zukunft wohl kaum günstig zu tauschen sein.

Eine Alternative dazu sind Systemanbieter, die eine Lösung auch vergleichsweise einfach aus verschiedenen Baugruppen zusammen stellen können aber gleichzeitig eine sehr hohe Flexibilität und Leistungsfähigkeit bieten. Diese Baugruppen sind jedoch nicht in einem winzigen Gehäuse, sondern können nachträglich leicht erweitert werden. Auch mit Fremdfabrikaten, so manche Pumpengruppe stammt bei uns auch nicht vom Systemanbieter. Trotzdem können diese Anbieter die gesamte Anlage vorab simulieren, wir sind dann darüber hinaus noch ein ganzes Stück weiter gegangen.

Das fundamentale Problem der Energiebilanz im Haus – das kann man übrigens mit kleinen Modifikationen auch auf die Energiewende im Land übertragen – ist die Verschiebung von Überschüssen aus dem Sommer (hohes Energieangebot – wenig Bedarf) in den Winter (geringes Energieangebot – hoher Bedarf). Windkraft lindert das ein bisschen, aber nicht grundsätzlich, beides sehr volatil. Mangels bezahlbarer, verfügbarer Speichertechniken in den erforderlichen Größenordnungen geht es also nun darum, den Energiebedarf im Winter so effizient wie möglich zu gestalten. Und leider hilft hier ein elektrische Batteriespeicher in keiner Weise, zumal ja ohnehin 70-80% des Energieverbrauchs thermische Natur sind.

So sind wir bei der thermischen Speicherung angelangt, weil diese es zumindest auf mehrere Tage, unter guten Bedingungen fast 2 Wochen schafft. Das mag immer noch nicht nach viel klingen, aber dass volle 7-9 Tage überhaupt keine Sonne scheint, ist tatsächlich selten, von Schneebedeckung mal abgesehen. Und so ein Speicher verschleißt nicht, der wird viele Jahrzehnte alt ohne ihn austauschen zu müssen, da das Speicherwasser innen immer dort verbleibt. Das sieht bei Batteriespeichern schon völlig anders aus, vom CO2-Footprint mal ganz abgesehen.

Wer jetzt noch verschiedene Wärmeerzeuger wie Björn hat kann diese zudem im Parallelbetrieb mit beliebig vielen Wärmeverbrauchern kombinieren.

Bevor wir zu Björns konkreter Fragestellung kommen noch ein Hinweis zu Wärmepumpen, die ja irgendwann die praktisch einzig verbleibende Zukunft für die Wärmeerzeugung sind:

Entscheidend ist nämlich nicht das konkrete Produkt der Wärmepumpe, sondern die Quellen- und Verbrauchstemperaturen. Wer schon mal die Norm-Betriebspunkte von unterschiedlichsten WP-Herstellern verglichen hat, wird gemerkt haben, das es vergleichsweise marginale Unterschiede sind. Warum? Der Kältekreis ist im Wesentlichen durch die Physik bestimmt, Kältemittel, Verdichter und meinetwegen elektronisches Expansionsventil haben vergleichsweise wenig Einfluss. Das gilt erst Recht für die Regelung und alles andere drumherum. Nein, wirklich entscheidend ist, dass die Verbrauchstemperaturen runter müssen und die Quellentemperaturen hoch.

Zugegeben, die Beschäftigung mit Systemtemperaturen mag für manchen ähnlich aufregend sein als bei strömenden Regen ein Erdloch auszuheben, aber hier liegt die ganze Magie! Nicht nur für die Wärmepumpe, sondern für alles! Für den Löwenanteil des Energieverbrauchs Eures Hauses!

Es ist also sinnvoll sich zu überlegen, wie wir den Wirkungsgrad (COP Coefficient of Performance, später dann gemittelt die JAZ Jahresarbeitszahl) irgendwie hoch bekommen, wenn das Ganze schon auf Netzstrom läuft. Womit wir bei den Temperaturen wären. Björn, wir nähern uns der Thematik ;-)

Wie genannt haben wir das mit einem Schichtspeicher gelöst. Ein lupenreiner Schichtspeicher schichtet verschiedene Temperaturen nur durch den Dichteunterschied des Wassers. Hierfür muss äußerst beruhigt ein- und ausgeschichtet werden und es darf vernünftigerweise auch kein Wärmetauscher innen sein. Es gibt dann noch Schichtspeicher mit Trennplatten wie die von Schönberg / Björn. Dort sorgen die Schichttrennplatten dafür, dass sich Wasser nicht so schnell vermischt. Das hilft bei etwas größeren Volumenströmen (siehe einen meiner letzten Posts weiter oben), aber auch bei innen liegenden Wärmetauschern, die durch thermische Konvektion am Wärmetauscher schon prinzipbedingt eine Schichtung zerstören würden. Die letzte Kategorie sind Pufferspeicher, dort hat das gesamte Wasser quasi überall die gleiche Temperatur.

Zum reinen Speichern von Wärme wäre ein Pufferspeicher doch ausreichend, oder etwa nicht?
Im Gegensatz zum Batteriespeicher, wo ein DC-DC-Wandler die unterschiedliche elektrische Spannung je nach Ladezustand ausgleicht, kann ein thermischer Schichtspeicher von der Tatsache profitieren, dass es gleichzeitig unterschiedliche Temperaturniveaus gibt, denn eine Fußbodenheizung benötigt wesentlich weniger Temperatur als die Frischwasserstation des Warmwassers. Gleiches gilt auch für verschiedene Wärmeerzeuger und das noch abhängig von Betriebspunkt. So ein Schichtspeicher kann dies gleichzeitig handhaben. Zudem ist der Energiebedarf in niedrigen Temperaturen (FBH) weit größer als in höheren (Warmwasser), d.h. die FBH kann auch heißere Schichten verwenden, umgekehrt geht das natürlich nicht. Und je nach Erzeugern können die Anteile der Temperaturniveaus immer wieder anders sein.

Das bedeutet, ein lupenreiner Schichtspeicher macht einem das Leben hier am einfachsten, da es keine festen Grenzen gibt und sich diese Temperaturzonen beliebig vergrößern und verkleinern können. Daher haben wir 15 Sensoren angebracht, um das nachvollziehen zu können, allerdings bei 4.000 Litern Volumen (267 Liter pro „Schicht“), siehe Post:
2x40 1-Wire-Sensoren als Linie mit kleinen Sternen / Auflösung & Sendefilter / 1-Wire Auslastungsanzeige

Das geht mit gewissen Einschränkungen auch mit anderen Speichern, aber dann muss natürlich mehr hydraulisch gelöst werden, d.h. 3-Wegeventile, elektrische Ansteuerung usw. Reine Pufferspeicher sind hierfür wenig geeignet, da im Prinzip im ganzen Speicher Warmwassertemperatur vorgehalten werden muss, daher sind diese meist auch klein.

Der genannte Oskar-Schichtspeicher ist aus meiner Sicht ein durch und durch ingenieurmäßig bis ins Detail durchdachtes Produkt. Wir hatten im Vorfeld viel recherchiert (eindrucksvoll unter youtube mit „thermografie schichtspeicher“) und unseren vor dem Gießen der Kellerdecke in den Keller gehoben, alternativ hätte es gegen etwas Aufpreis Kellerschweißung gegeben. Zugegeben, so ein großer Speicher benötigt etwas Platz, steht auf einer Stahlplatte zur Lastverteilung auf dem Rohboden (mit Anbaugruppen fast 5 Tonnen) und verfügt über ein beachtliches Druckausgleichsgefäß in der Größe eines kleinen Pufferspeichers, insgesamt benötigt das alles zusammen grob 6m² Fläche. Das passt jetzt nicht in die kleinste Nische, ist aber trotzdem sehr kompakt aufgebaut und beliebig erweiterbar. Die Ergebnisse sind in der Tat beeindruckend, eine nur 5 Minuten dauernde Einspeicherung einer Sonnenspitze der Solarthermie wurde auf 0,375°C genau eingespeichert, 65% der Leistung auf nur 14cm Höhe, 25% auf weiteren 14cm. Die tatsächliche Schichtgenauigkeit wird vermutlich noch höher sein, aber wir betreiben ja keinen Prüfstand und haben halt „nur“ 14-cm Schichtauflösung durch die Abstände der Temperatursensoren. Die Wärmeverluste betragen pro Tag ca. 0,7-1°C, wir erreichen mit 4.000 Litern Überbrückungszeiträume von 2 Wochen und selbst in der Übergangszeit können viele Tage überbrückt werden, das ist mit einer elektrischen Batteriespeicherlösung praktisch ausgeschlossen bzw. unbezahlbar. Die Größe hat nicht nur mit einer übertrieben erscheinenden Überbrückungszeit, sondern auch mit dem Volumenstrom einer Wärmepumpe zu tun. Dieser ist aufgrund der geringen Spreizung erheblich und wirkt daher schnell Schicht-zerstörend, die Formel lautet: Wärmepumpe + gute Schichtung = große Schichtspeicher.

Die Schichtung funktioniert tatsächlich beeindruckend, aber natürlich in den Grenzen der Physik. Jeder Erzeuger und Verbraucher ist auch hier einer Höhe zugeordnet, die auch sinnvoll festgelegt ist. Eine Solarthermie durchläuft aber je nach Jahreszeit und Einstrahlung einen erheblichen Temperaturbereich, ihr Rücklauf wird von ganz unten entnommen und die Einschichtung geschieht relativ weit oben. Aus unserer Erfahrung ist bei 15° Kelvin bzw. höchstens 20° Kelvin auch mit der patentierten Einschichtung Schluss. Das ist sehr beachtlich und funktioniert ohne jede Regelung einfach aufgrund des Dichteunterschiedes von Wasser verschiedener Temperatur, aber in Extremfällen ist auch hier eine externe Regelung / Rücklaufanhebung sinnvoll. Konkret wollen wir die Solarthermie mit einer Bypass-Mischung / Rücklaufanhebung versehen und wer genau unsere Kurven genau ansieht versteht, dass bei Zuschaltung der Solarthermie in Übergangszeiten mit mäßiger Einstrahlung die Schichtung zerstört wird. Am 12.03. gegen 12.00h wurde mit dem Kachelofen eingeheizt und lediglich die obersten heißen Schichten aufgeladen, die unteren gelben und blauen kalten Schichten blieben quasi gleich, das ist sehr gut. Am 13.03. und die darauf folgenden Tage hat die Solarthermie zwar absolut gesehen die Wärmemenge erhöht, aber die Schichtung zerstört. Die Umschichtung ist sehr gut zu erkennen, da plötzlich alle Schichten gleiche Energiemengen beinhalten (gleiche Abstände), energetisch suboptimal. Das liegt daran, dass die Solarthermie Ihren Rücklauf ganz unten im Speicher entnimmt (bei ca. 20-25°C, der Rücklauf der FBH), aber aufgrund noch moderater Einstrahlung eine Spreizung von etwa 10°C schafft (Differenz Vorlauf-Rücklauf). Die Solarstation (Wärmetauscher primär Solarflüssigkeit zu sekundär Pufferwasser) mischt das dann durch den nicht beliebig reduzierbaren Sekundärpumpen-Volumenstrom weiter runter auf 5°C. Jetzt kommen ca. 25°C Wasser in eine Höhe, in der eigentlich 45-50°C oder mehr herrschen, das geht auch beim Oskar schief. Zukünftig soll eine Bypass/Rücklaufanhebung dafür sorgen, dass der Sekundärkreis solange über den Solar-Wärmetauscher im Kreis geht, bis eine Zieltemperatur für die Einschichtung erreicht wird. Der Wirkungsgrad der Solarthermie sinkt dadurch, da hohe Kollektor-Temperaturen natürlich zu höheren Wärmeabstrahlungen auf dem Dach führen, aber wenn die Heizung nicht läuft bringt es wenig 35°C Wasser einzuspeichern, wenn Trinkwasser mit 47°C (oder höher) für eine Autarkie notwendig wäre. Wie im Ursprungs-Post erwähnt ist es unser Ziel, basierend auf einer Bedarfsprognose für jeden Verbraucher (= Temperaturniveau) möglichst autark zu werden und dafür zählt die kleinste Reichweite aller Verbraucher.

Um möglichst viele Leser abzuholen, habe ich sehr allgemein angefangen um das in einen größeren Kontext einzuordnen, kommen wir nun zu Björns konkreten Fragen, wobei mein Post eine Einzelberatung zu individuellen Hydraulik-Schemen nicht ersetzen kann. So etwas zu durchdenken kostet ab einer gewissen Komplexität einiges an Zeit, um alle denkbaren Zustände zu erfassen und zu berücksichtigen, ich weiß nicht wie viele Handskizzen bei uns im Mülleimer gelandet sind.

Die Schichtung, die in einem einzigen großen Schichtspeicher praktisch fließend linear funktioniert, muss in Speichern mit verschiedenen, fixen Bereichen regelungstechnisch nachgebildet werden, das muss nicht schlechter sein, ist möglicherweise aber etwas aufwendiger. Der Tod einer Schichtung sind andauernde oder zu hohe Volumenströme. Eine Warmwasser-Zirkulation ist auch über eine Frischwasserstation also eine Herausforderung. Gleiches gilt für Wärmepumpen mit niedrigen Spreizungen (meist nur 3°C) aber hohem Volumenstrom. Hier hilft man sich oft dadurch, dass die Wärmepumpe quasi parallel an die Fußbodenheizung-Entnahmen angeschlossen wird und sich der Volumenstrom, der den Schichtspeicher per Saldo erreicht, hier schon reduziert ist.

Zu Deinem Fall:
Vorsicht, der Ölkessel und die Wärmepumpen sind hier zwei Welten, die unterschiedlicher nicht sein könnten, eine Anpassung der Hydraulik / Regelung ist praktisch unvermeidbar. Ein Ölkessel fährt eine hohe Spreizung mit kleinem Volumenstrom, bei der Wärmepumpe ist es genau umgekehrt.

Zudem, wenn man wirklich gut schichten kann, würde ich über eine Wärmepumpe mit HGL-Technik (Heissgas-Bypass) nachdenken, die ca. 15% der Leistung im Hochtemperaturkreis kurz nach dem Start bereits auf 50°C ausgibt, während der Niedertemperaturkreis sich von ganz unten heraufschraubt, siehe mein Zitat aus einem der Posts zuvor. In einem einfachen Pufferspeicher macht es keinen Sinn, aber wenn der Löwenanteil des Verbrauchs auf Niedertemperatur (FBH) stattfindet, ist es sehr hilfreich die Wärmepumpe bei hohem Wirkungsgrad „dort unten“ laufen zu lassen und nebenbei noch Warmwasser-Pufferwasser zu erzeugen. Wenn aber tatsächlich soviel Wärme auf hohen Temperaturen entnommen werden muss wie es hier scheint, macht das keinen Sinn.

Deine beiden Pufferspeicher sind in Serie, Speicher 1 führt die hohen Temperaturen, Speicher 2 die niedrigeren (Rücklauf-) Temperaturen. Damit wäre Speicher 2 ein reines Rücklaufvolumen, um der Solarthermie niedrige Rücklauftemperaturen zu geben. Der Kessel und noch schlimmer die Wärmepumpe arbeiten jedoch nur in Speicher 1 und werden in hohe Taktung hinein gezwungen, eine Wärmepumpe dankt dies nicht mit hoher Lebensdauer.

Die Idee scheint zu sein, solar vorzuwärmen und dann Ölkessel / WP nur im oberen Temperaturbereich laufen zu lassen. Ich habe keine Erfahrung mit Röhrenkollektoren, meiner Kenntnis erreichen sie aber leichter höhere Temperaturen im Winter als Flachkollektoren, aber da der Rücklauf bei Dir immer ganz unten ist, kann es auch hier sein, dass sie bei geringerer Einstrahlung die hohen Temperaturen nicht mehr schaffen (zumindest hast Du ein 3-Wegeventil welches zwischen Speicher 1 oben und unten zur Einschichtung unterscheidet). Dann könntest Du in eine ähnliche Problematik wie wir laufen, die sich mit einer Rücklaufanhebung (3-Wege-Ventil mit Bypass) lösen ließe oder Du nutzt die zu niedrigen Solarthermie-Temperaturen für eine Wärmepumpe als Unterstützung auf der Quellenseite.

Bei Trinkwasser-Stationen empfehlen sich sehr leistungsstarke Wärmetauscher. Warum?

Die Trinkwasser-Temperatur legt die höchsten, vorzuhaltenden Pufferwasser-Temperaturen fest und damit den Wirkungsgrad der gesamten Heizungsanlage, denn Warmwasser benötigt man immer! Jedes Grad Celsius, welches für zusätzliche Spreizung für eine zu klein dimensionierte Frischwasserstation erforderlich ist, wird über Jahrzehnte zusätzlich sehr teuer bezahlt! Sie limitiert regenerative Energiegewinnung in der Übergangszeit und macht Wärmepumpen das Leben sehr schwer. Natürlich schaffen sie hohe Temperaturen, aber mit welchem Wirkungsgrad? Wer sich ernsthaft mit dem Thema beschäftigt weiß, dass jedes einzelne Grad Celsius weniger auf der Verbraucherseite der entscheidende Hebel für die Effizienz des Systems ist. Übrigens ebenso, wie jedes einzelne Grad Celsius mehr bei Wärmepumpen auf der Quellenseite. Wobei wir hier bei den beliebten, weil in der Anschaffung kostengünstigen, Luft-Wärmepumpen wären … ein anderes Kapitel.

Die Rücklauftemperaturen hängen natürlich von den Temperaturen und Übertragungsleistungen der Wärmetauscher ab.

Bei der in meinem letzten Post genannten Badewannen-Aktion und einer 90kW Frischwasserstation betrug die Puffer-Vorlauftemperatur 56°C bei 23°C im Rücklauf, eine erhebliche Spreizung. Das variiert allerdings sehr, da auch hier der geregelten Ladepumpe ein thermisches Dreiwegeventil vorgeschaltet ist, welches nur soviel heißes Pufferwasser dem Schichtspeicher entnimmt, um die Trinkwasser-Zieltemperatur zu erreichen und bei sehr hohen Speichertemperaturen Verbrühungen vorbeugt, wenn die Ladepumpe nicht langsamer laufen kann. Erinnern wir uns, möglichst wenig Volumenstrom in oder aus dem Schichtspeicher, wir wollen keinen gemixten Wasserbottich.

Beim Pool fehlt mir die Erfahrung, unsere Rampenheizung zur Enteisung hat im Testbetrieb eine mickrige Spreizung von 39°C Puffer-Vorlauf zu 37°C Puffer-Rücklauf gefahren, bei 36°C zu 12°C primärseitig außen. Es hängt von den Volumenströmen primär- und sekundärseitig ab, den Temperaturen und natürlich der WT-Leistung. Und bei Speichern dann noch von den aktuell vorliegenden Vorlauftemperaturen, die sich ja intendiert je nach Ladezustand auch noch verändern.

An diesen zwei Beispielen ist erkennbar, dass es einige Einflussgrößen gibt und eine pauschale Beantwortung schwierig ist. Ich würde mich daran orientieren, wie lange Betriebszustände anhalten und welche effektiv parallel auftreten. Vielleicht lässt sich das in 2 Gruppen unterteilen und man hängt die einzelnen Verbraucher über 3-Wege-Ventile Rücklauf-seitig entweder auf den einen oder anderen „Bus“. Diese zwei könnten dann jeweils einem Speicher zugeordnet werden.

Ich kenne mich bisher wenig mit Reglern aus, aber die von Dir genannten UVR16x2 sind sehr gut skalierbar, wir setzen 2 davon mit jeweils 2 Erweiterungsplatinen ein, um alle Kanäle (darunter einige 3-Wege-Ventile) bedienen zu können. Ratiotherm bietet hierfür ein großes Gehäuse mit Handschaltern, Platz für Zusatzplatine und CMI-Modul (Fernwartung / Web-Modul), eine aufgeräumte Lösung und aus meiner Sicht besser als das viel kleinere Gehäuse des ursprünglichen Regler-Herstellers Technische Alternative. Bei kritischen Elementen bin ich ein Fan von zusätzlichen Handschaltern, denn die sind auch für meine Frau im Notfall per „remote assist“ am Telefon besser zu bedienen als in irgendwelchen Touch-Menüs herum zu klicken. Wobei hier im Notfall dann noch das Menü auf Experte umgestellt werden muss und so weiter, der Blutdruck soll nicht parallel zur Temperatur steigen, komplexe Systeme benötigen saubere Rückfallebenen und Hand-/Notbetrieb.

Ich hoffe, ich konnte ein paar Anregungen geben.

Schöne Grüße,

Jochen
Zuletzt geändert von SmartMUC am So Mär 26, 2023 8:36 pm, insgesamt 3-mal geändert.
TWS 2600 ID:571 + PBM ID:906, Server noch offline, VPN noch nicht möglich

benzcity
Reactions:
Beiträge: 102
Registriert: Mi Mär 06, 2019 10:26 pm
Wohnort: Grafenau
Hat sich bedankt: 87 Mal
Danksagung erhalten: 73 Mal

#12

Beitrag von benzcity »

Hallo Jochen,
vielen Dank für deinen Beitrag und die Hinweise. Sorry, dass ich erst jetzt antworte, ich muss irgendwie Deine Antwort übersehen haben und bin erst gerade, als ich nochmal in Deinen Anfangspostings nachlesen wollte, darüber gestolpert :crying-yellow:

Es ist schon irre wie sich alles bei unterschiedlichen Betriebspunkten unterschiedlich beeinflusst. Ich habe nochmal ein paar gute Anregungen, insbesondere zum Einbinden einer Wärmepumpe (die eigentlich erst rein sollte wenn die alte Ölheizung völlig den Geist aufgibt) von Dir bekommen - Vielen Dank dafür :text-thankyouyellow:
Dass der Rücklauf von Ölheizung (bzw. später WP) nur in den ersten Speicher ging, war dem Gedanken geschuldet, dass ich mit Öl/WP an einem wolkigen Tag nicht zuviel aufheize um ggf. am nächsten Tag vorhandene Sonnenenergie über die Solarthermie voll ins System einspeisen zu können. Wie hoch dann aber die Solarthermietemperaturen wirklich sind werde ich wohl erst herausbekommen wenn das mal läuft. Gleiches gilt für die Friwa bei der Du das wichtige Wort Zirkulation (hatte ich gar nicht dran gedacht) erwaehnt hast, ebendso wie die anderen Komponenten. Der Pool und der Hallenheizer in der Garage sind eher unkritisch, die würden sowieso nur Energie bekommen wenn sie "über" ist und nicht mehr sinnvoll gespeichert werden kann.

D.h. so wie ich das jetzt sehe und verstanden habe, würde es am sinnvollsten sein, die Hydraulik (mit Ventilen) so "flexibel" wie möglich zu gestalten um dann wenn man mal die Temperaturen kennt, möglichst gut anpassen zu können. Oder hast Du vielleicht noch eine andere gute Idee?

Besten Dank und viele Grüße
Björn
TWS950, timberwolf320, VPN offen, Reboot erlaubt -> Wolf momentan nicht online

Ersteller
SmartMUC
Reactions:
Beiträge: 17
Registriert: Mi Jan 29, 2020 4:57 pm
Hat sich bedankt: 4 Mal
Danksagung erhalten: 89 Mal

#13

Beitrag von SmartMUC »

Hallo Björn,

diesmal für meine Verhältnisse eine schnelle, aber deutlich kürzere Antwort.

Die Hydraulik "so flexibel" wie möglich zu halten erhöht sehr schnell die Komplexität und auch die Kosten, für Verrohrung, für entsprechende Ventile und dann auch für die Steuerung. Ich würde in zwei Temperaturebenen / "Bussen" denken, einen für den einen, einen für den anderen Speicher und die notwendigen Erzeuger / Verbraucher "umhängen". Diese Herausforderung entsteht dadurch, dass die Schichttrennplatten im Prinzip Volumina für verschiedene Zonen vorgeben aber innerhalb dieser keine weitere nennenswerte Schichtung entsteht. Wärmepumpen mögen keine Taktung da sie dessen Lebensdauer reduzieren. Jetzt benötigt man entweder ein entsprechend großen Speicher (Warmwasserzirkulation, vor allem aber Fußbodenheizung entnehmen deutlich und ständig Wärme) der die Taktung auf ein vernünftiges Maß von wenigen Zyklen pro Tag reduziert oder aber man setzt eine geregelte (Inverter-) Wärmepumpe ein, die sich besser an den Wärmebedarf anpassen kann. Das hat natürlich nicht nur Vorteile, neben den höheren Anschaffungskosten ist auch Leistungselektronik ein weiterer teurer Fehlerfaktor, der zu einer früheren Neuanschaffung führen kann. HGL-Technik ist eine weitere Variante die gleichzeitig auf 2 Temperaturniveaus Wärme liefert, hier sind nicht nur Ventile gespart, sondern das Verhältnis "heiß" zu "warm" entspricht relativ gut einem Winterbetrieb.

Bitte bedenke bei der Solarthermie auch den oben genannten Effekt zu niedriger Rücklauftemperaturen. Röhrenkollekturen erreichen höhere Delta T als Flachkollektoren, wieviel kann ich leider nicht beurteilen. Bei sehr kalten Rücklauftemperaturen aus Deinem 2. Speicher erreichst Du unter Umständen auch nicht mehr die hohen Vorlauftemperaturen, die Du in der Übergangszeit für das Warmwasser brauchst. Wird die Heizung nicht mehr benötigt, aber die Solarwärme reicht für das Warmwasser nicht, muss die Wärmepumpe ran, in einem für sie sehr ungünstigen Betriebspunkt (hohes Delta T zwischen Quelle und Verbraucher). Ich würde lieber die Wärmepumpe das kalte Wasser vorwärmen und die Solarthermie für die hohen Temperaturen nutzen, die tut sich "dort oben" leichter / effizienter, noch dazu wo die Wärmeverluste von Röhrenkollektoren bei hoher Medientemperatur deutlich kleiner als bei Flachkollektoren sind.

Bei unserem Schichtspeicher mag das etwas einfacher sein, weil wir auf die kWh genau einspeichern und entsprechend des Verbrauches planen können, gleichzeitig die letzte verbleibende heiße kWh jederzeit verwenden können, ich muss mich da nicht um Volumina kümmern. Schaue Dir bei Deinen Speichern genau die Volumina in den unterschiedlichen Bereichen und das Verhalten an, wenn Du an unterschiedlichen Punkten einspeist, nicht dass dort Bereiche versehentlich durchmischt werden.

Schöne Grüße,

Jochen
TWS 2600 ID:571 + PBM ID:906, Server noch offline, VPN noch nicht möglich

benzcity
Reactions:
Beiträge: 102
Registriert: Mi Mär 06, 2019 10:26 pm
Wohnort: Grafenau
Hat sich bedankt: 87 Mal
Danksagung erhalten: 73 Mal

#14

Beitrag von benzcity »

Hi Jochen,
Besten Dank. Ich habe heute Abend mit meinem Heizungsbekannten zusammengesessen und wir haben auch gesagt, dass es wenig Sinn macht sich Hydraulische Lösungen zu überlegen solang nicht wirklich die Rücklauftemperaturen über einen längeren Zeitraum bekannt sind.
Also würden wir im ersten Schritt mal alle RL's hinten in den 2. Puffer einleiten (bis auf den HK2, da dieser über einen WT laufen muss um nicht den ganzen Dreck von 60 Jahren in das neue System zu bekomme) und dann im Realbetrieb die RL Temps messen .
Danach können dann die RL's sinnvoll an geeignete Positionen umgeklemmt werden. Nicht ideal, aber ich denke besser als sich den Kopf zu zerbrechen und dann doch eine schlechte Lösung im Realbetrieb hinzubekommen.
Ich würde einfach jetzt mal so starten ansonsten plane ich noch weitere 3 Jahre :lol: :angry-banghead:

Viele Grüße
Björn

Bild
TWS950, timberwolf320, VPN offen, Reboot erlaubt -> Wolf momentan nicht online

Robert_Mini
Reactions:
Beiträge: 3741
Registriert: So Aug 12, 2018 8:44 am
Hat sich bedankt: 1164 Mal
Danksagung erhalten: 2058 Mal

#15

Beitrag von Robert_Mini »

Hallo Björn!

Sehr komplexe Anlage, für mich nicht mehr ganz verständlich, obwohl das Schema vorbildlich ist.

Was ich bei mir anders gelöst habe ist der Pool. Ich beheize den Pool-WT direkt mit dem Solar-RL ohne über den Buffer zu gehen. Der TWS macht den Rest => wenn Buffer > x, dann Überschuss in den Pool…
Hat den Vorteil, dass die WT Vorlauftemperatur maximiert wird.

Nur als Gedanke.

Lg
Robert
Timberwolf Server 2500 / #117 (VPN offen + reboot nach Rückfrage) / zusätzlich: 3500M/#935, 3500L/#1297

SchlaubySchlu
Reactions:
Beiträge: 211
Registriert: Mo Aug 13, 2018 9:32 pm
Wohnort: Allgäu
Hat sich bedankt: 106 Mal
Danksagung erhalten: 91 Mal

#16

Beitrag von SchlaubySchlu »

Hallo Robert, Björn und Jochen,

eure Beiträge sind sehr interessant zu lesen, da ich auch einen Schichtspeicher für unseren Holzvergaser habe.
Was mich nun interessieren würde, wie berechnet ihr aus dem Temperaturen der Sensoren den ungefähren Füllstand des Speichers. Bis jetzt habe ich nur eine Anzeige der einzelnen Temperaturen was ich gerne ändern würde.

Gruß
Ralf
Timberwolf Server 2600 #196, VPN offen, Reboot nach Vereinbarung, BM 729

Ersteller
SmartMUC
Reactions:
Beiträge: 17
Registriert: Mi Jan 29, 2020 4:57 pm
Hat sich bedankt: 4 Mal
Danksagung erhalten: 89 Mal

#17

Beitrag von SmartMUC »

Hallo Ralf,

nur um Missverständnisse für Leser auszuschließen, der "Füllstand" bedeutet nicht, wieviel Wasser dort drin ist (der ist immer "voll"), sondern eher, wieviel Wärmemenge dort eingespeichert ist. Das ergibt sich aus meinen Formeln, die ich weiter oben im Beitrag geschrieben habe. Dort drin enthalten ist eine Wassermenge pro Schicht (in unserem Fall 267 Liter) und in Verbindung mit der Temperatur ergibt sich die gespeicherte Wärmemenge.

Richtig ist natürlich, dass sich dies auf die Wärmemenge von 0°C (genau genommen knapp drüber und noch vollständig flüssig) und der gemessenen Temperatur bezieht. Im Umkehrschluss bedeutet das, dass wenn Du die angezeigte Wärmemenge entnimmst, die Wassertemperatur 0°C (also knapp darüber noch flüssig) beträgt. So physikalisch richtig das ist, bringt einen dies natürlich nicht weiter, weil mit +2°C außer einem Iglu nichts mehr beheizt werden kann. Daher habe ich für jeden individuellen Verbraucher eine Mindesttemperatur festgelegt, die notwendig ist um diesen sinnvoll zu betreiben. Zum Beispiel für die Fußbodenheizung (FBH) 30°C. Dafür gibt es dann die speziellen Formeln mit der Subtraktion der 30°C. ACHTUNG: Hier müssen aber auch alle Werte kleiner 30° ausgefiltert werden, denn sonst führen die kälteren Schichten mit entsprechend negativen Anteilen nach Subtraktion zu kleineren, falschen Ergebnissen. Würden wir nicht filtern, würde dies nichts anderes bedeuten, als vor Entnahme der Wärme alle warmen und kalten Schichten mit dem Mixer zu verrühren und zu vermischen. Dann würde tatsächlich die erhaltene Durchschnittstemperatur und damit die entnehmbare Wärmemenge über 30°C niedriger liegen, wir hätten in warmen Schichten eingespeicherte "nutzbare" Energie "vernichtet", genau genommen warme Schichten abgekühlt und kalte Schichten erwärmt. Natürlich kann man keine Energie vernichten, aber nutzbar wäre diese nun nicht mehr, weil die Wärmemenge im Temperaturbereich über 30°C jetzt tatsächlich kleiner wäre. Deshalb sind Schichtspeicher im großen Vorteil, weil sie dies trennen können, aber diese Schichtung darf eben auch nicht zerstört werden.

Im Prinzip hast Du so den Füllstand je "Temperaturnivau". Wenn Du dies prozentual haben möchtest, müsstest Du die maximal und minimal erreichbare Temperatur festlegen, Du könntest Dir die Wärmemengenumrechnung ersparen, sondern einfach das Verhältnis der gemessenen Temperatur zu den Min- und Max-Werten bilden und wärst am Ziel. Aber auch hier die Filterung nicht vergessen, denn sonst verfälschen kältere Schichten das Ergebnis.

Ich hoffe, ich habe Deine Frage richtig verstanden.

Schöne Grüße,

Jochen
TWS 2600 ID:571 + PBM ID:906, Server noch offline, VPN noch nicht möglich
Benutzeravatar

cybersmart
Reactions:
Beiträge: 230
Registriert: Do Jan 20, 2022 6:15 pm
Wohnort: Germering
Hat sich bedankt: 126 Mal
Danksagung erhalten: 148 Mal
Kontaktdaten:

#18

Beitrag von cybersmart »

@SmartMUC Unglaublich wie intensiv Du in dem Thema drin steckst, hätte ich das nur vor dem Kauf meiner Wärmepumpe gewusst und mal den Kontakt gesucht.
Ich habe seit 09/2021 eine Ochsner Wärmepumpe mit Unifresh500 Kombispeicher und seit einigen Wochen nun Zeit mich dem Thema Heizungsoptimierung zu widmen.

Schritt 1: Anzapfen des eBUS und aufzeichnen von Werten mit dem TWS
Schritt 2: Daten verstehen lernen um daraus die richtigen Schlüsse zu ziehen
Schritt 3: In kleinen Schritten optimieren, überprüfen, justieren

Das alles muss natürlich in der Heizperiode passieren, also jetzt. Ich bin in Schritt 2 und verstehe einige Daten/Kurven nicht.

Falls das nicht so sehr hier her passt - evtl hast du mal in einem 1:1 Austausch etwas Zeit für meine Lernkurve? Aber ich kann auch einen Beitrag hier aufmachen, der TWS ist halt nur für Datenaufzeichnung und Visualisierung beteiligt. Ansonsten geht es um Heizungs- und Klimatechnik.

Viele Grüsse aus Germering (du dürftest ja auch aus München kommen)

Uwe
VG, Uwe

timberwolf765 VPN: closed Reboot: no

Mibr85
Reactions:
Beiträge: 495
Registriert: Mo Dez 02, 2019 5:38 am
Wohnort: Freital
Hat sich bedankt: 382 Mal
Danksagung erhalten: 190 Mal

#19

Beitrag von Mibr85 »

Hallo Uwe
Mach gern hier ein Thema auf ich bin auch schon seit zwei Jahren am optimieren meiner Viessmann WP und sehr interessiert an einem Austausch . Die Einstellung des Heizungsbauers waren unter aller Sau.
Grüße Micha

TWS 3500 XL #1209 + TWS 2600 #528 + PBM #972,
VPN offen, Reboot möglich
PLZ 01...
Benutzeravatar

cybersmart
Reactions:
Beiträge: 230
Registriert: Do Jan 20, 2022 6:15 pm
Wohnort: Germering
Hat sich bedankt: 126 Mal
Danksagung erhalten: 148 Mal
Kontaktdaten:

#20

Beitrag von cybersmart »

Ok, dann kann man sich da mal zu hydraulischen Themen austauschen ;-) Den TWS will ich dann natürlich auchbzunehnend einsetzen, zB iVm dyn. Stromtarifen und Wasser als Energiespeicher. Aber erstmal muss man sein System verstehen und die Kurven richtig interpretieren - wird wohl selten 2 ziemlich gleiche Systeme geben. aber da wir hier echt Fachleute haben wird vielleicht mehr gelernt als in den einschlägigen Heizungsbauerforen.
Idee für einen Titel?
VG, Uwe

timberwolf765 VPN: closed Reboot: no
Antworten

Zurück zu „Zeitserien, Logging & Grafana“