Heizung
Themen
1. Beleuchtung als Wärmequelle
2. Wärmetauscher
3. Drosselung des Wärmetauschers
4. Backupheizung
Tipp
1. Beleuchtung als Wärmequelle
Eine wichtige Wärmequelle zur Heizung ist die abgedeckte Beleuchtung in Verbindung mit der Isolation durch die Betonwände. Diese wiederum liegen direkt an die mit Mineralfaser gefüllten Hauswände an. Die Dicke der Schicht aus Mineralfaser und Styropor beträgt 30 cm bei Außenwänden (linke Seitenwand, Rückwand). Bei der Innenwand (rechte Seitenwand) sind es 18 cm. Nach vorne erschweren 2 x 12 mm Glas und 1,52 mm Kunststofffolie den Wärmeübergang.
Die Aufheizung erfolgt also nur Tagsüber und überwiegend durch Strahlung von oben. Genau wie in der Natur. Die nächtliche Abkühlung fällt denkbar gering aus. Weil die Masse des Wassers recht groß ist. Änderungen der Temperatur laufen daher nur sehr langsam ab. Denn die Gesamtmasse des Systems ist ebenfalls relativ groß. Daher ist eine nennenswerte nächtliche Absenkung der Temperatur kaum zu beobachten. Das entspricht allerdings durchaus den Verhältnissen in natürlichen Fließgewässern.
Mit der Umrüstung auf LED-Balken hat sich der Wärmeeintrag durch die Beleuchtung reduziert. Das ist jedoch kein Nachteil, weil sich damit auch die Aufheizung im Sommer reduziert hat.
In der Einlaufphase konnte ich feststellen, dass die tägliche Erwärmung etwa 0,8°C beträgt. Die nächtliche Abkühlung liegt bei nur etwa 0,1-0,2°C. Diese Angaben gelten für eine Beckentemperatur, die 5°C über der aktuellen Zimmertemperatur liegt und einer Intensität der Beleuchtung von 100%. Um eine gegebene Temperatur zu halten, genügt also eine Erwärmung tagsüber von lediglich 0,1-0,2°C. Das kann problemlos mit einer deutlich niedrigeren Dimmstufe erreicht werden.
2. Wärmetauscher
Während des ersten Betriebsjahres fiel mir auf, dass die beiden Titanheizstäbe des Öfteren vom Profilux aktiviert wurden. Eigentlich waren sie nur als Backupwärmequelle gedacht. Also nutzte ich die bereits bautechnisch vorhandene Option: Ich installierte einen Wärmetauscher an die Warmwasserversorgung des Hauses. Es handelt sich dabei um einen Röhrenbündeltauscher aus Edelstahl (V4A). Er kommt aus der Schwimmbad-Technik. Die theoretische Übertragungsleistung beträgt 45 kW.
Alternativ hätte ich auch einen Plattenwärmetauscher einsetzen können. Diese haben jedoch den Nachteil, dass die Strömungskanäle einen geringen Durchmesser haben. Damit sind sie anfällig für Verstopfungen. Dazu kommt, dass die gerne verwendeten geschraubten Plattentauscher mit Dichtungen aus Elastomer versehen sind. Diese altern im Laufe der Jahre und werden gerne undicht. Es gibt auch verlötete Modelle, bei denen dieses Problem nicht besteht. Jedoch sind die Lötstellen aus Kupferlot. Das kommt zwangsläufig mit dem Aquarienwasser in Kontakt. Diese Nachteile sind für mich nicht hinnehmbar.
Seit der Umrüstung auf LED-Balken ist der Wärmetauscher zur Hauptwärmequelle aufgestiegen. Das Aquarium wird also über die Erdwärmepumpe der Hausversorgung geheizt.
Der Anschluss des Wärmetauschers erfolgte bewusst an die zentrale Warmwasserversorgung. Weil diese das ganze Jahr zur Verfügung steht. Der Kreislauf der Fußbodenheizung dagegen ist höchstens von November bis April in Betrieb. Manchmal noch weniger. Außerdem liegen die Vorlauftemperaturen für die Fußbodenheizung selbst bei Frost fast nie über 30°C. Zu wenig für eine nennenswerte Wärmeübertragung.
Absperrhähne für Warmwasserzirkulation
Der Wärmetauscher befindet sich im Wasserstrom der Patronenfilteranlage druckseitig der Umwälzpumpe. Er ist das letzte Bauteil, bevor das Wasser wieder zurück ins Becken fließt. Bei Heizbetrieb startet eine kleine Zirkulationspumpe. Sie pumpt erhitztes Wasser aus der zentralen Warmwasserversorgung fürs Haus durch den Wärmetauscher.
Selbstverständlich muss dabei unbedingt verhindert werden, dass es zu Rückstromeffekten kommt. Das könnte passieren, wenn anderweitig im Haus warmes Wasser entnommen wird oder die Hauszirkulation läuft. Deshalb befindet sich in der Heißwasserzuführung ein stromlos geschlossenes, drucklos agierendes Magnetventil. Es wird gleichzeitig mit der Zirkulationspumpe betätigt. So stellt es sicher, dass die Heißwasserzuführung außerhalb des Heizbetriebs zuverlässig unterbrochen wird. Denn anderenfalls würde das Becken überhitzen.
3. Drosselung des Wärmetauschers
Der Wärmetauscher ist für ein Aquarium dieser Größe eigentlich deutlich zu stark. Schließlich ist das Teil für Swimmingpools gemacht. Deshalb musste ich das System drosseln. Das funktioniert ganz einfach durch eine Taktung der Heizfunktion im Profilux. Statt Pumpe und das Magnetventil im Dauerbetrieb zu betreiben, werden diese auf ein Zwanzigstel der Betriebsdauer getaktet. Auf eine Minute Heizen folgen 19 Minuten Pause. Und so weiter. Bis die Abschalttemperatur erreicht ist. Durch diese Maßnahme wird ein “Überschwingen” der Temperatur über den oberen Regelpunkt hinaus verhindert.
Um die übertragbare Wärmemenge noch weiter zu senken, wird der Tauscher bewusst im Gleichstrom betrieben. Dadurch hat er einen geringeren Wirkungsgrad als im Gegenstrom. Als dritte Maßnahme läuft die Zirkulationspumpe mit der geringstmöglichen Förderleistung. In dieser Konfiguration kann das Becken in lediglich sechs Stunden um ein Grad Celsius erwärmt werden. Das gilt bei einer Vorlauftemperatur von 50°C und einer Beckentemperatur von 6°C über Raumtemperatur.
Wenn die Heizung im Sommer längere Zeit nicht gebraucht wird, besteht die Gefahr, dass das Vorlaufwasser in der Rohrleitung stagniert. Damit das verhindert wird, findet einmal täglich eine “Spülminute” statt. Völlig unabhängig von der gerade aktuellen Beckentemperatur.
Was bringt das alles? Nun, Die Heizung in unserem Haus basiert auf einer Sole/Wasser-Erdwärmepumpe, die über insgesamt acht Pfahlsonden arbeitet. Die JAZ (Jahresarbeitszahl) beträgt gemessene 4,4. Soll heißen mit 1 kWh elektrischer Leistung produziert die Heizung 4,4 kWh Wärme. Allein das bedeutet schon eine Strom-Reduzierung von 77% gegenüber simplen Heizstäben. Zusätzlich kommt der Strom von der hauseigenen Photovoltaikanlage. Das macht den Preis konkurrenzlos günstig.
4. Backupheizung
Die dritte Wärmequelle sind die zwei 300 Watt Titanheizstäbe hinter den beiden Elementen der Patronenfilter. Diese Heizstäbe sind als reiner Backup für den Notfall gedacht. Deshalb wurden Sie knapp unter die niedrigste Temperatur der Jahreszeitensimulation eingestellt. Sie werden also erst dann eingeschaltet, wenn alle anderen Wärmequellen versagen sollten. Die Heizstäbe haben eigene Thermostate. Diese wirken zusätzlich zur Regelung des Profilux. Damit ist die obere Temperaturgrenze doppelt abgesichert. Die Temperaturfühler der beiden Heizstäbe befinden sich ebenfalls hinter den Filterpatronen. Das berücksichtigt den Umstand, dass sich hinter dem Filter eine etwas höhere Temperatur einstellt. Außerdem können sie bei einem Pumpenausfall verhindern, dass der Filter gekocht wird. Der Profilux ermittelt die Temperatur natürlich im Becken.
Tipp:
Leistungsmäßig wären die beiden Heizstäbe problemlos in der Lage, das Becken völlig alleine auf Temperatur zu bringen. Die installierte Heizleistung ist bei den meisten Aquarien völlig überdimensioniert. Man sollte sich vor Augen führen, dass im Normalfall eine Temperaturanhebung von nur wenigen Grad über die Raumtemperatur erforderlich ist. Ideal wäre daher eine so geringe Heizleistung, dass der Heizstab praktisch im Dauerbetrieb läuft. Denn ein zu starker Heizstab ist ständig mit Ein- und Ausschalten beschäftigt. Er hat eine heißere Oberfläche, was eine höhere Verbrennungsgefahr für Fische (vor allem verstecksuchende Welse) bedeutet. Zu guter Letzt kann ein zu starker Heizstab, bei Versagen der Temperaturregelung, das Becken recht schnell in tödliche Temperaturbereiche bringen. Sollte durch einen schwachen Heizstab die Temperatur im Winter einmal 2-3°C unterhalb des Wunschwertes landen, dann bleibt das ohne Folgen für die Beckenbewohner. Zumal man dann leicht gegensteuern kann.
Um das mal auf handelsübliche Proportionen zu übertragen: Ich beheize ein 400 Liter Aquarium mit einem 75 Watt Heizstab. Das reicht auch bei lediglich 20 °C Raumtemperatur noch aus um eine Wassertemperatur von 26 °C zu erreichen. Dabei ist der Heizstab immer noch nicht an seiner Leistungsgrenze. Wozu also mehr?
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