Montag, 30. November 2015

1. Warum?

Inhalt: 
-Warum dieser Blog?
-Warum ein Luftkolli?

Warum dieser Blog?
Ich finde das Thema spannend, fand als Einsteiger vor über 4 Jahren (also 2011) nur wenig gut dokumentiertes Material und das Nachvollziehen, lohnt es oder nicht, schwierig. Die Meinungen gingen im www.haustechnikdialog.de auseinander und wurden meist theoretisch erötert.


Mich interessierten Details über Kollibau und Messergebnisse, wie Vorher/ Nachherverbrauch.

Inzwischen bin ich überzeugt: es lohnt. Vor allem der Selbstbau!
Nur, 1 qm Solarfläche ist zu wenig....(siehe 8. Wirtschaftlichkeit)
In Sachen Einsparungen gilt: "Kleinvieh macht auch Mist..." 
In Sachen Kollektorfläche gilt: "klotzen statt kleckern..."

Und auf meine wirr zusammengestellte Bilderseite im Google+, dessen Link nur im Black300 Forum zu sehen war, sind bis heute 6000 Zugriffe zu verzeichnen!!
Nachtrag 11.12.15: Inzwischen glaube ich, die Aufrufe werden vom NSA, Heimatschutz, Google selbst oder sonstige Dienste auf der suche nach Schlüsselwörtern ausgelöst, heute sind es 8657. 
2600 Aufrufe in 2 Wochen? 

Auch möchte ich dieses Wissen um den Luftkollektor verbreiten helfen. Künftige Erbauer und  auch bereits erfolgreiche Selbstbauer möchte ich  animieren, ihre Projekte zu veröffentlichen. 

Und mal ehrlich, mit eigen gebauten Mitteln die Sonne anzapfen, quasi zum Energieproduzenten zu werden --> geil!

Nun denn, möget ihr es unterhaltsam und lehrreich finden.....




Warum ein Luftkolli?


Meine Motivation war die Energieeinsparung/ Heizkosteneinsparung.
Ja, ich gebe es zu: mir persönlich geht es um mein Geld!
Den Luftkollibau wie ein Hobby zu betrachten (wie in manchen Foren zu lesen) ist mir nicht genug!
Da habe ich andere Hobby's....
Das hierbei die Umwelt profitiert, nehme ich aber (sehr, sehr) gern mit. 
Nach intensiver Recherche im Internet stand für mich dann fest: es sollte sich lohnen! 

Eines steht aber auch fest: Heizungsunterstützung = ja, Heizungsersatz = nein!

Der Luftkollektor hat ein paar Vorzüge und (wie das so ist im Leben) auch ein paar Nachteile. 

Vorteil: 
  • einfach selbst zu bauen und dann auch nicht teuer
  • jede Form ist möglich, Individuallösungen für den Altbau
  • kein Frostschutz nötig
  • kein Ausgleichsbehälter oder sonstige hydraulische Dinge zu beachten
  • direkter Energiegewinn schon bei Temperaturdifferenz Innen/ Außen größer 1 Grad zB ab 22 Grad; bei einem wassergeführten Kolli für die Heizungsunterstützung muss der Kolli erst die Rücklauftemperatur der Heizung übersteigen (30- 50 Grad), bevor ein Energiegewinn möglich ist. Und um Wasser um ein Grad zu erwärmen, muß 4 mal mehr Energie zu verfügung stehen als bei Luft.
  • automatischer Luftwechsel/ Luftfeuchteregulierung

Nachteil:
  • Luft transportiert 4 mal weniger Energie pro Kelvin wie Wasser
  • deshalb müssen die Lufteinlässe ins Haus um ein vielfaches Größer sein
  • ohne Rückschlagklappe: Auskühlung durch Rückfluß der Luft über den Kolli bei Nichtbetrieb
  • fast immer Lüfter Geräusche 
  • Energiespeichern schwierig

Die Liste ist nicht vollständig.

siehe z.B. auch hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Luftkollektor
https://epub.uni-bayreuth.de/2363/1/vortrag_RH.pdf

Wer hier noch mehr erfahren möchte, sei auf die 2. Theorie verwiesen.

Sonntag, 29. November 2015

2. Theorie

Inhalt: 
- Was kann man mit einem Luftkolli anstellen?
- Wie funktioniert so ein Kolli?
- Temperaturen und Formeln

Was kann man mit einen Luftkolli anstellen?
  • direkt heizen (wenn die Sonne scheint, bei Mondschein klappts nicht...)
  • Luft entfeuchten, ideal auch für Wochenendhäuser!
  • lüften mit vorgewärmter Luft (also Fenster zu lassen)
  • einer Luft- Wärmepumpe (Klima-Splitgerät) vorschalten (Siehe Veco oder Kap Horn) 
  • wenn man Energie gespart hat & der Kolli schön aussieht --> auch angeben :-)

Wie funktioniert so ein Kolli?
Mit eigenen Worten das wesentliche:

  • Kurzwellige Sonnenstrahlen treffen auf eine schwarze Oberfläche des Absorbers und werden von diesen aufgenommen (Absorption= aufnehmen). 
  • Dort werden sie in den langwelligen Bereich (Infrarot) umgewandelt / verschoben, also in die Wellen, die wir als Wärme wahrnehmen.
  • Ein Teil der kurzwelligen Strahlen wird aber ungenutzt wieder reflektiert, je nach Oberflächenbeschaffenheit. 
  • Vom Absorber wird nun diese Wärme wieder abgestrahlt (Emission= abgeben).
  • Damit die Wärme nicht gleich wieder an die Umwelt abgegeben wird, wird mit einer transparenten Abdeckung genau das verhindert (Treibhauseffekt). Es geht mit Einschränkungen auch ohne Abdeckung, siehe im Internet Solarwall. 
  • Der Absorber erhitzt dann ein Wärmeträgermedium, entweder Luft (Luftkollektor) oder Wasser (Warmwasserkollektor) oder sonstige Flüssigkeit.
 Das Prinzip gilt für alle thermischen Kollektoren.

Und diese gesammelte warme Luft wird ins Hausinnere geblasen und entlastet so die konventionelle Heizung.

Auf verschiedene Kollektortypen und Absorbervarianten gehe ich hier nicht näher ein.
Wer mehr wissen will, der kann sich im Internet unter Suchbegriffe "Solarkollektor", "Luftkollektor", "Solarthermie", "Erfahrung Luftkollektor" und ähnliches schlau machen.

Ein guter Einstieg, wie ich finde, ist hier zu finden:
   http://www.luftkollektor-wissen.de
   http://www.energieundinnovation.de/luftkollektor_allgemein.html
   http://www.bosy-online.de/Solarluftkollektor.htm

umfassendere Theorie ist hier zu finden:
   http://www.itw.uni-stuttgart.de/dokumente/Lehre/solarthermieI_solvo_teil1.pdf
   http://www.itw.uni-stuttgart.de/dokumente/Lehre/solarthermieI_solvo_teil2.pdf

Denk daran, Kollektoren brauchen in den Monaten der Heizsaison  unbedingt unverschattete Süd-Ost bis Süd-West Ausrichtung, sonst wird das mit dem Sonnenfangen nichts! 
Dann sind auch 5 bis 12 Stunden Sonnenfangen möglich --> erst eine längere Laufzeit bringt den Heizeffekt!

 Temperaturen und Formeln
Schön wenn man darum weis. 
Wenn Dir das zuviel Theorie ist, nicht schlimm, fahre einfach mit 3.2 Fassadenkolli1 fort.


Eine Beurteilung der Leistung ist nur durch Temperaturbeobachtung nicht möglich.
Oft liest man in den Foren nur über die erreichten Temperaturen.
Es ist aber ein Unterschied, ob ich 30 Grad bei 100m3/h Lüftervolumen oder bei 50m3/h erreiche.

Warum?
Die Formel für alle Kollibauer: Q= m*c*(TE-TA)
                                             Bsp: 57,6*0,36*(40-10)= 622 W/h 
    
Q = Wärmeleistung
m = Masse der erwärmten Luft - > mit Volumenstrom (q)
q = vA * A * 3600 = m3/h -->  Luftgeschwindigkeit (m/s) * Querschnittsfläche in m2 * 3600
c =  Wärmekapazität --> 1,293*1,005 =KJ -> in Wh= KJ*0,2777  --> =0,36  siehe Wiki, Werte sind Temperaturabhängig und Druckabhängig
TE = Temperatur Eingang
TA = Temoeratur Ausgang 

50 * 0,36 * 30
Bei  (m= 50 m3/h) und Delta T 30 Grad =   540 W/h
Bei (m= 100 m3/h) und Delta T 30 Grad = 1080 W/h

 
m (also die Masse der Luft) ist das Geheimnis. Diese setzt sich aus Volumenstrom (m/h) mal Rohrquerschnitt (m2) zusammen. 
  
Bsp:
        Fläche Rohr= 0,01 qm;  
         c= 0,36 W/h

(1,4 * 0,01*3600) * 0,36 * 30) 
Bei 1,4 m/s (m= 50,4 qm/h) und Delta T 30 Grad = 544 W/h
Bei 1,6 m/s (m= 57,6 qm/h) und Delta T 30 Grad = 622 W/h

Also nicht blind auf die Temperaturen achten sondern diese immer im Zusammenhang mit Volumenstrom betrachten.
Heizen ist also die Leistung des Kollis ( Temperatur * Luftmenge), die er in das Haus abgibt und nicht die Temperatur alleine.

Samstag, 28. November 2015

3.1 TestKollektor und Erkenntnisse

Inhalt:
- Vorerfahrungen

Vorerfahrungen 

Nach intensivem lesen im Netz (Vecos "Hochtemperaturanlage", Kap Horns „einfachen Weise“, Projekt Argentinien und auch Trubadu) war es Zeit für die ersten eigenen solaren Gehversuche. Links/ Verweise dazu sind unter dem Label 9. andere schöne Solarprojekte zu finden.

So ganz alleine traute ich mich doch nicht, also bestellte ich kurzerhand die Bauanleitung von Trubadu für 19 € (das schien mir annehmbar, wenn auch heute unnötig) und baute einen 2 qm- Kolli mit Blechabsorber und Solarlack nach. Heute gibt es mehr Anleitungen im Netz und aktuell Hilfe im Black300 Forum.
 
Auf den genauen Aufbau dieses Kolli gehe ich nicht weiter ein. Der lässt sich in den Leseproben von Trubadu nachvollziehen (hab ein bisschen Angst vor Urheberrecht und so :-) ) und eigentlich sind alle einfachen Kollektoren so aufgebaut.

Nachdem ich nun so stolzer Besitzer eines selbstgebauten Luftkollektors war und 250 € neue Besitzer fanden (Materialkosten) erlitt kurzerhand  die Ausenwand meines Wohnzimmers ein Loch, durch das ein 110 HT – Rohr gesteckt wurde.
Unverzichtbare Komplitzen waren hier Bohrmaschiene (viele Löcher im Kreis),Hammer und Meisel.

Der Kolli wurde aufrecht an die Wand Richtung Süden gestellt, mit einem Aluflexrohr versehen und mit dem HT Rohr ins Wozi verbunden. Der Lüfter 120 mm von Papst (4312 NGN  *166 m3/h * 43 db * 12 V *  4 W , sehr laut) durfte ebenfalls über ein 5 Watt-Modul an der Sonne teilhaben. Einfacher geht eine Solarsteuerung nicht. 
Heute belüftet der Papst meine Garage per 5 Watt-Modul. Da stört auch die Lautstärke nicht.

Diese Bilder zeigen den Trubadu- Kollektor, sind erst bei dem Bau des Fassadenkollis entstanden und zeigen den Test in der Waagerechten. Der Test verlief übrigens erfolgreich.......




Und dann kam die Sonne. 
Toll. 
Warme Luft wie von Zauberhand(irgendwas über 70 Grad im Stillstand, mehr zeigte mein Autothermometer nicht an; bis zu 50 Grad mit Lüfter)!  Im Schnitt waren Temperaturerhöhung um die 30 Grad drin. 
Warum hat das nicht jeder?! 
Warum hab ich das nicht eher gebaut?

Nachdem ich mich wieder beruhigt habe, wollte ich das ganze im Auge behalten.

Warme Luft bei 10 Grad Nacht und 20 Grad Tags ist das eine,  Temperatur über 70 Grad und Energiegewinn ein anderes. So lief der Trubadu-Kolli knapp 2 Jahre.

Mit neuen Beobachtungen und neuen Erkentnissen.
Und mit Nachbesserungen. …

Mann, ohne Sonne  wurde es an den Füssen ars….kalt! Die schöne, am Tag produzierte, warme Luft wurde durch den Kolli Nachts wieder vernichtet.

Also so ne Abluftrückschlagklappe aus dem Luftzubehör eingebaut. Die hat der Lüfter aber schwach bis überhaupt nicht aufgepustet…. zu schwach das Kerlchen. Erst recht im Solarmodulbetrieb. 
Und laut. Bis zu 44 db sind wirklich nix fürs Wozi! Auch 35 db empfinde ich persönlich (und meine, sonst sehr tollerante Frau auch) als zu laut. Wobei mich das mehr stört wie sie.

 Und dicht war die Rückschlagklappe auch nicht. Jeder Luftstoß (starker Wind draussen, Haustür öffnen/ schließen) ließ einen frischen Schwall kalter aber immerhin frischer Luft einströmen. Also mit Stahldraht einen Schiebemechanismus, der die Klappe geschlossen aber auch offen halten kann, gebaut.

Nun, alles in allem machbar. Aber unbefriedigend. 

  •   Das „Luftschwall“- Problem blieb.
  •  Bei 0 Grad hatte die Klappe 5 Grad und weniger bei 17 Grad in Klappenhöhe. Also kam das Taupunktproblem an der Klappe und umgebenden Mauerwerk  hinzu (Kondenswasser --> tritt das oft auf , wird’s schimmelig).
  •  Und per Hand musste die Klappe auch bedient werden, entweder auf oder zB Nachts zu.
  •  Bei wechselnder Bewölkung oder morgens bricht die Spannung am Solarmodul zusammen, die Leistung reicht einfach noch nicht aus. Da die Temperaturdifferenzsteuerung ein Relais schaltet, gibt es ein neviges "klackern" (an/aus) solange, bis genügent Leistung vom Solarmodul kommt. Könnte mit einem Fensterdiskriminator (einschalten ab bestimmter Spannung) behoben werden? Oder per ATtiny/ Arduino :-)
Im Anfangsbetrieb kam erst mal kalte Luft, dem langen ungedämmten Luftweg draussen geschuldet und, auch bei stark wechselnder Bewölkung,  des noch nicht aufgeheizten Kollektors.

Eine Temperaturdifferenzsteuerung und ein Schaltnetzteil lösten das Solarmodul ab, und das Verhalten wurde besser.

Es setzt sich Staub an dem Lüfter/ Luftkanal ab. Ohne Filter geht’s also nicht….


Wieviel Energie wurde gespart? Keine Ahnung, 1 % (verdammt !) oder 20 % (jippi !)?
Oder wieviel Energie wurde erzeugt? Achselzucken.
Bei der Gelegenheit, wieviel vergleichbare Heiz-Energie verbrauche ich denn übrhaupt?

Nur so viel stand fest: Scheint die Sonne, musste weniger geheizt werden (Holzofen im Wozi) .
Es lohnt sich also, aber wie und in welchen Umfang blieb offen.

Und so entstanden meine neuen Anforderungen an einen festen Solarkolli.
  •          Eine doppelte Luftklappe sollte her, die von der Elektronik bedient werden soll
  •          bei wechselnder Bewölkung oder nicht wolkenfreien Tagen reichen 2 qm Kolli nicht aus   aber an normalen Tagen sind 5 qm am Stück mit Sicherheit zu viel (Temperatur über 50 Grad führt zu einem Schwelproblem des Hausstaubes (http://www.baunetzwissen.de/standardartikel/Heizung_Gerueche_161090.html), es brennt nix aber es können graue Ablagerungen an der Tapete entstehen oder man riecht es einfach nur)
  •          Temperaturlogger und Auswertmöglichkeiten
  •          fürs Wozi taugliche, leise Lüfter, aber mit genug Luftdurchsatz
  •          Im Hochsommer nachts kühle Luft ins Haus bringen
  •          Automation der Lüftung, kein Handbetrieb notwendig
  •          Luftfilter
  •          Evtl Kurzeitspeichern --> Wärme mitnehmen in den Abend
  •          Es gibt immer optische Anforderungen an den Kolli oder was immer, sobald eine Frau im Haus ist und eine Entscheidung gegen die Frau hat so seine Nachteile…*lach* Zur Beruhigung aller: ich liebe meine Frau, sie ist nicht nur Ehefrau sondern mein LebensPartner also werde und möchte ich ihre wohlwollende Meinung auch bei solchen Sachen einholen.

Zusätzlich entstand der Wunsch, eine Verbrauchserfassung via Excel für Strom, Wasser, Heizung usw zu erstellen. Mit Energieausweißdaten.

Und so wollte ich es umsetzen:
  •          Selbstgebaute doppelte Luftklappe mit Servoantrieb mangels Verfügbarkeit oder Preis
  •          Mauerkasten, um die Luftklappen unterzubringen und diese wieder herausnehmen zu können, für Reperaturen oder Verbesserungen, da die Klappen Prototypen werden
  •          Grosse aber leise Lüfter 12 Volt 200mm um Solarmodultauglich zu bleiben
  •          Kolli sollte aber wenig Druckverlust haben um leise Lüfter einsetzen zu können, leider sind 12 Voltlüfter wenig kräftig und die angegebenen Flow-Werte werden ohne "Tunningmaßnahmen" höchstens zu 50 % erreicht
  •          Wechselbarer Filter --> Filterflies
  •          Steuerung aus Temeraturdiffernezsteuerung und Servotester  --> Wenn Kollitetemperatur größer Wozi Temperatur; dann Klappe auf und Lüfter an
  •          später soll ein Arduino das und mehr übernehmen, mit so einem Teil kann man ganz individuell eine Steuerung bauen und programieren  -> auch wenn ich das erst noch lernen muss, aber erste Versuche liesen sich gut an....
  •          Temperaturlogger habe ich bei Conrad gefunden für 13 €, tricki das Ding (Minustemperaturen werden nicht aufgezeichnet, hab 3 ausprobiert) aber fürs erste geht’s
  •          Exceldatei entwerfen, soll Daten aus TempLogger aufnehmen können und Leistungsdaten in Zahlen und als Diagramm ausgeben   
  •      eine weitere Exceldatei hält nun künftig für die Verbrauchsdaten (Strom, Wasser, Heizung, Solardaten) her und dient gleichzeitig als Energieausweiß, dessen Grundlage die Verbrauchdsdaten sind.

  •    waagerechte Montage des Kollis, so kann ich diesen optisch am Balkon erweitern
    • da kommerzielle Kollektoren auch waagerecht montiert werden können, das optisch besser aussieht und Kollis manchmal auch umgekehrt betrieben werden( Lufteinlass oben!) mache ich das einfach und pfeife auf evtl. Verluste. Versuche mit meinem Trubadukolli in der waagerechten liessen ebenfalls warme Luft ins Wozi.
    • Im nach hinein kristallisiert sich heraus, das das kein Nachteil ist, offenbar wird der thermische Auftrieb im Lüfterbetrieb unterbunden und ein Luftstrom in Richtung Kolliausgang erzwungen.  Es spielt also keine Rolle wie ein Kollektor aufgehängt wird, solange er nicht runterfällt :-) und mit einem Lüfter betrieben wird