Hier werden in unregelmäßigem Abstand Erfahrungen sowie daraus resultierende Verbesserungen und Weiterentwicklungen veröffentlicht.

Stand: März 2017

Berechnung der turbulenten Strömung mit den gewählten Rohrparametern anhand des Berechnungstools von www.schweizer-fn.de (siehe "links"):

Ergebnis


BAFA-Förderung Übersicht:  http://www.bafa.de/bafa/de/energie/erneuerbare_energien/waermepumpen/publikationen/wp_foerd_uebersicht.pdf

in diesem Fall wurde mit folgenden Zuschüssen gerechnet: 6.000,-€ für Innovationsförderung +500,-€ für Lastmanagementbonus + kleinere Zuschussbeträge für div. Optimierungsmaßnahmen.
Genehmigt und ausgezahlt wurden im März 2016: 6.925 €, so dass die reinen Investitionskosten bei ca. 13.000€ liegen.



Energiekosten in € über die Jahre:

 2011 und
früher
 2012
 2013
 2014
 2015
 2016
 2017
Ereignisse
Erneuerung der Sonnenkollektoren,
Installation Photovoltaik-Anlage,
einen Teil der Fenstergläser ausgetauscht u. Dichtungen eingesetzt
 Kauf Elektro-
Auto (Smart)
 Teil-Dämmung
Dachanschluss,
restliche Fenstergläser erneuert
 Tunnelkollektor
mit Wärmepumpe
u. Heizungspuffer-
Speicher
im Sommer zusätzliches Solarkollektor-Feld  von 10m² auf dem Westdach
(siehe Updates)
Gaskosten
 ca. 1300,-
 1200,-
 1300,-
 1000,-
 600,-
 180,-
 140,-
Stromkosten
 ca. 1000,-
 200,-
 250,-
 250,-
 +/-0
 520,-
 800,-  *
gesamter Stromverbrauch




8219 KWh 8202 KWh*
Gesamtenergie-
kosten
 ca. 2300,-
 1400,-
 1050,-
 750,-
 600,-
 700,-
 940,-  *




JAZ
3,7
 3,7




el. Arbeit
2002 KWh
 2024 KWh




therm. Arbeit
7370 KWh
 7540 KWh




Heizungsanteil
87 %
 85,2 %




Warmwasserant.
13 %
 14,8 %

* Kostensteigerung durch erhöhte Kosten beim Stromeinkauf; der Gesamt-Stromverbrauch des Hauses ist in etwa gleich geblieben.
Alle aufgelisteten Kosten sind die ca. Jahresendsummen und betreffen speziell unseren Haushalt.
(so z.B. die PV-Vergütung von 12Ct/KWh für den Eigenverbrauchsanteil >30%, die Aufkleberprämien von Naturstrom für E-Mobilität von 125,-€/a, Stromkosten für 10.000 Km/a für den E-Smart inklusive, die Holzkosten für den Grundofen sind überschlagsmäßig den Gaskosten zugeschlagen, etc.)

Temperatur des Erdspeichers von der Inbetriebnahme am 12.10.2015 bis zum 26.06.2016 (Update)
(Der Temperatursensor sitzt in der Nähe des Zentrums des Tunnelkollektors, also in ca. 2m Tiefe)

Erdspeichertemperatur Okt.2015 bis März 2016
Die Talsohle, d.h. die Zeit, ab der die Sonnenkollektoren genügend Wärme in's Erdreich transportieren um die Wärmeentnahme durch die Wärmepumpe zu kompensieren, wurde schon im März erreicht.
Ab diesem Zeitraum wurde schon mehr Wärme in die Erde eingetragen als entnommen; die "Vorratswärmespeicherung" für den kommenden Winter hat also schon begonnen! Warten wir ab, wohin das noch führt...

Update 21.04.2016:

Nach einem Firmwareupdate der Wärmepumpe kann ich nun deren Daten auslesen und zur Auswertung grafisch aufbereiten.
Die Datei Auswertung WP Woche.pdf  zeigt die Temperaturverläufe der interessanten Temperaturen vom 17.04.2016 bis zum 21.04.2016.
Die Datei Auswertung WP Tag.pdf zeigt exemplarisch den 21.04.2016:
Temperaturverläufe der von der Wärmepumpe gemessenen Werte
Auf der y-Achse die Temperatur in 1/10 °C und auf der x-Achse die Zeit (obere Zeile die Uhrzeit und untere Zeile der Tag)
T_HeatSourceOut  = die Sole-Temperatur des kalten Austritts aus der Wärmepumpe (Primärkreis)  (dunkelblau)
T_Outdoor             = die Außentemperatur (rot)
T_Storage              = die Ist-Temperatur des Heizungspufferspeichers (grün)
T_Hotwater           = die Temperatur des Warmwasserpufferspeichers (lila)
Heating_T_SP       = die Soll-Temperatur des Heizungspufferspeichers  (hellblau)
Kurze Interpretatiionshilfen am Beispiel des 21.04.2016:
die dunkelblaue Kurve zeigt sehr schön, wann die WP in Betrieb ist (5 bis 13 Uhr). Die beiden Spitzen jeweils gegen 7 und 11 Uhr zeigen die Nachheizung des WW-Puffers. Die hellblaue Kurve zeigt den Verlauf der Solltemperatur des Heizungspuffers. Deren (annähernd reziproker) Verlauf zur Außentemperatur ist deutlich zu erkennen, ebenso die Sprünge, die von Nachtabsenkung und Photovoltaik-Ansteuerung stammen. Die Isolationsfähigkeit der Boiler bzw. deren Wärmeverluste sind entnehmbar...
Zwei Fragen bleiben:
1. Um 3 Uhr beginnt die Heizungsumwälzpumpe Wärme aus dem Heizungspuffer zu entnehmen. Schon nach ca. 2 Std. ist dessen Temperatur (grüne Kurve) um ca. 8 K und damit unter die Solltemperatur (hellblaue Kurve) gesunken. Sind die 2000 Liter so schnell abgekühlt? Oder etabliert sich im Laufe der Nacht eine Temperaturschichtung? oder..., oder...?
    Die bisher plausibelste Erklärung (vielen Dank meinem Bruder Peter für das gemeinsame Analysieren und Diskutieren des Problems): durch die Position des Temperaturfühlers im unteren Bereich (ca. 1/4 der Höhe von unten), wird auch nur dort die Temperatur gemessen. Wenn also um 3 Uhr in der Nacht die Heizungsumwälzpumpe beginnt das Haus zu heizen, bringt diese erst einmal das über Stunden abgekühlte Wasser aus dem System in den Pufferspeicher. Der starke Abfall über die ersten 20 Minuten. Dann hat sich das Heizungswasser langsam angewärmt und es wird wärmeres Wasser aus dem Rücklauf unten in den Pufferspeicher eingespeist. Die Temperatur in der Umgebung des Sensors steigt nun sogar moderat (während ca. 40 min.) wieder, ohne dass Wärme zugeführt wird. Erst danach sinkt die Temperatur wieder, aber deutlich langsamer als zu Beginn der Wärmeentnahme.
Es scheint also so zu sein, dass von den 2000 Litern Pufferspeicher nur der untere Teil genutzt wird - was am Sinn des großen Pufferspeichers natürlich völlig vorbei geht!
Die Position des Sensors bestimmt damit die effektiv genutze Puffermenge. Nun könnte man den Sensor oben anbringen, dann würde das gesamte Volumen genutzt, aber beim Nachheizen/Aufheizen des Puffers würde in diesem Fall auch nur der obere Bereich erwärmt und der gesamte untere Bereich wäre verloren.
Also müssen zwei Sensoren her - einer für oben und einer für unten.
Die Erörterung der Ein- und Ausschaltbedingungen und derenzufolge die logische Verknüfung der Sensoren untereinander und mit z.B. dem Dämmerungssensor erfordert allerdings noch weiteres Nachdenken. Waterkotte ist involviert, da die bisherige Regelung diesen Fall nicht berücksichtigt.
Sobald das Problem gelöst ist, werde ich berichten:
Nachtrag August 2016: Eine Lösung zeichnet sich nach gemeinsamer Erörterung mit Waterkotte ab. (Vielen Dank für die konstruktive und freundliche Zusammenarbeit!) Es handelt sich anscheinend um ein generelles Problem bei der Verwendung eines reinen Heizungs-Pufferspeichers. Dieser kann mit einem Temperatursensor NICHT sinnvoll genutzt werden. Dieses Problem wurde bisher (vermutlich auch von anderen WP-Herstellern) nicht gesehen. Zukünftig wird man bei Wärmepumpen und Regelungen auch anderer Hersteller von Heizsystemen, die einen reinen Heizungspufferspeicher mit annähernd vollem Volumen nutzen wollen, sicherlich nicht um die Implementierung eines zweiten Sensors herum kommen.
In meinem Fall werde ich dahingehend ändern, dass der Dämmerungssensor nun zusätzlich dazu genutzt wird, je nach Situation (Beladen während des Tages oder Entladen während der Nacht) zwischen den beiden Sensoren umzuschalten und das entsprechende Sensor-Signal an die Wärmepumpenregelung weiter zu leiten. Den Schaltplan dazu finden Sie hier .

2.  Worauf geht der kleine Schlenker im Solevorlauf (dunkelblaue Linie) von 14 bis 15 Uhr zurück? Position des Temp.-Fühlers ?  im Zusammenspiel mit dem Ausdehnungsgefäß??  oder...?
Wer eine Idee hat, kann mir diese gerne mitteilen!

Update 21.08.2016
ein weiteres Regelungstechnisches Problem tauchte im Sommer auf:
als die Temperaturen der Solarthermie mit ca. 50°C in die Erde gepumpt wurden, stellte sich heraus, dass der Sensor im Zentrum des Tunnelkollektors dort nicht optimal positioniert war.
Die Erde konnte diese Wärmemenge nicht schnell genug aufnehmen und weiterleiten. Der Sensor -einige Zentimeter (?) weiter weg- zeigte der Solarregelung noch Wärmebedarf an; die Pumpe lief also weiter und pumpte letztendlich einen Teil der tagsüber eingebrachten Wärme nachts wieder auf's Dach zurück.
Nur wenn dieser Sensor direkt am Rücklauf misst, schaltet die Regelung ab, wenn die Erde keine Wärme mehr aufnehmen kann. Ich musste also aufgraben und habe den Sensor in einem Leerrohr direkt an den Rücklauf in ca. 1 Meter Tiefe geklemmt.
Vielen Dank an Herrn Walczak von Resol, sowie meinen Energieberater Herrn Rudolf Rill, die geholfen haben, das Problem zu durchdenken und zu lösen!
Deshalb nun ein neues Diagramm, das die Erdtemperatur -zwar an selber Stelle wie vorher- aber ab 24.07.2016 anzeigt.
Da ich nun schon mal graben musste, habe ich ein weiters Leerrohr gelegt, in dem ich einen weiteren Temperatursensor stufenlos verschieben kann. So kann zumindest grob der Temperaturverlauf von ca. 2m Tiefe bis zur Erdoberfläche bestimmt werden. Es zeigt sich nun, dass im Zentrum des Tunnelkollektors mittlerweile ca. 20°C herrschen, die bis zur Oberfläche um ca. 1 K abnehmen. Ich nehme an, dass die Wärmediffusion sowohl nach unten, als auch horizontal etwas weniger weit fortgeschritten ist. Rechnet man nur mit einem Durchmesser des "Wärmetunnels" von 3 Metern, so wäre etwa zu Beginn der Heizperiode ein Volumen von 80m³ oder mehr auf ca. 20°C aufgeheizt! Das wäre wesentlich mehr, als erwartet und man kann auf den COP und die Jahresarbeitszahl gespannt sein...
Erdspeichertemperatur ab 24.07.2016 bei ca. 20°C
...zwei weitere, sehr interessante Zahlen:
der Solarregler weist die Betriebsstunden für die Pumpe und das Umschaltventil aus.
Während nun, nach fast einem Jahr Betrieb, die Sonnenkollektoren für die Brauchwassererwärmung ca. 300 Stunden aufgewandt haben, wurden ca. 3000 (!) Stunden lang solare Wärme in den Erdspeicher gepumpt!

Update 06.03.2017
Unser Energiebedarf sank von ca. 13.000 KWh im Jahr 2015 auf ca. 9300KWh für 2016. Das entspricht einer Einsparung von 30%. Wir haben aber auch ca. 3m³ Holz im Kachelofen verheizt im Vergl. zu ca. 1m³ im letzten Winter.

Zum Vergleich: der Energiebedarf zweier Nachbarhäuser stieg um gemittelt 24%. Der Winter 2016/2017 war entsprechend kälter als der vorangegangene.
Unsere Energiekosten für 2016 sind im Vergleich zu 2015 um ca. 100,-€ gestiegen.
Die Stromkosten (Einkauf bei naturstrom) sind um ca. 400,-€ gestiegen, da die Wärmepumpe erstmalig alleine und für das gesamte Jahr in Betrieb war. Die Gaskosten sind um ca. 400,-€ gesunken, da Gas nur noch ausschließlich zum Kochen genutzt wird (Die Grundgebühr liegt bei ca. 100,-€, die reinen Gaskosten bei ca. 80,-€).
Die Erstattung von Westnetz für den verkauften Strom ist um ca. 100,-€ gesunken, da die Wärmepumpe für den entsprechenden Mehrverbrauch gesorgt hat. Der Eigenverbrauchsanteil ist durch die Wärmepumpe von von 30% auf 47% gestiegen.

Im Oktober 2016 habe ich dummerweise beim Heizungsumbau (Systemtrennung wegen alter, nicht sauerstoffdiffusionsdicher Fußbodenheizungsrohre) ca. 2000 Liter kaltes Pufferspeicherwasser in die Garageneinfahrt über dem Tunnelkollektor abgelassen und dann auch noch die Leitungen ausgiebig mit kaltem Leitungswasser gespült, was ebenfalls für den Abtransport von Wärme in und um den Tunnelkollektor gesorgt haben dürfte. Ob das für den deutlichen Temperaturabfall des Erdreichs im Oktober gesorgt hat (siehe Diagramm), oder ob die Erde einfach so schnell abkühlt, wird man erst im kommenden November beurteilen können. (Diesen Fehler werde ich sicherlich nicht noch einmal machen...)

Interessant ist noch der Verlauf der Erdtemperatur Ende Januar. Ab diesem Zeitpunkt sinkt die Temperatur nicht weiter. Ob das auf die nun genutzte Latenzwärme des Wasser-Eis--Umwandlungsprozesses zurückzuführen ist, oder ob ab diesem Zeitpunkt schon der vermehrte Wärmeeintrag durch die Solarkollektoren ein weiteres Absinken der Temperatur verhindert?

Man wird sehen...

Update 04.08.2017
Die thermische Solaranlage wurde um 10 m² Kollektorfläche auf dem Westdach erweitert.
Das Westkollektorfeld trägt im Sommer zur thermischen Regeneration und Aufheizung des Tunnelkollektorbereiches und zur Brauchwassererwärmung bei. Dazu ist es in die bestehende Regelung integriert worden. Die Solarregelung Resol DeltaSol BX wurde auf das Anlagenschema 22 umgestellt und kann damit beide Kollektorfelder sinnvoll regeln.
Im Winter gibt das Westkollektorfeld tagsüber seine Wärme (auch im Niedrigtemperaturbereich) an den Solekreis der Wärmepumpe und damit an den Tunnelkollektor direkt ab. Nachts wird die Westdachwärme weiterhin zur thermischen Regeneration des Erdreichs über die bestehenden Kupferrohre im Zentrum des Tunnelkollektors genutzt.
Damit soll die Jahresarbeitszahl wieder erhöht werden. D.h. noch mehr Energie wird noch effektiver genutzt und wird zu weiterer Kosteneinsparung führen.
Ob und in welchem Umfag das auch wirtschaftlich sein wird, wird sich zeigen. Da ich die Kollektoren geschenkt bekam und durch Einbau von vielen Altteilen die Investition auf 1200,-€ begrenzen konnte, war diese Erweiterung für mich kein finanzielles Risiko. Frei nach dem Motto: weil ich es kann und weil ich es wissen will...
Dabei hat sich eine unerwartete Option gezeigt für den Fall, dass die Kupferrohre in der Erde durch Korrosion einmal ausfallen sollten: dann wäre ohne großer Aufwand die thermische Regeneration des Erdreichs durch den Tunnelkollektor selbst via des eingebauten Plattenwärmetauschers möglich.
Siehe dazu die Pläne (Hydraulikplan und Stromlaufplan).

Update 09.03.2018
Die Erdspeichertemperatur ist im Winter 2017/18 nicht mehr unter 0°C gesunken.
Erdspeichertemperatur Winter 2017/18
Die Erweiterung der thermischen Solaranlage (siehe auch Fotos) hat die Sole-Temperatur des Tunnelkollektors während des Winters permanent um 0,5 bis 4 K (je nach Außentemperatur und Sonnenintensität) angehoben, so dass ich davon ausgehe, dass im Erdreich keine nennenswerte Eisbildung mehr erfolgt ist. Der COP der Wärmepumpe ist dadurch gestiegen. Da aber im Sommer die Heizungsumwälzpumpen in die COP-Berechnung der Wärmepumpe integriert wurden, ist eine relative Aussage zum letzten Winter nicht mehr so einfach möglich. Das also bitte beim Interpretieren der (gleichen!) Werte in der Jahres-Tabelle berücksichtigen!

Mein Fazit: beim nächsten Tunnelkollektor werde ich diese Form der direkten Wärmeübertragung gleich mit integrieren. Der nächste Tunnelkollektor ist für dieses Jahr (2018) für einen Neubau geplant. Der Heizungsplan wird deutlich einfacher, da nicht alte Anlagenteile und Heizungssysteme integriert werden müssen. 

Update 19.08.2018

Die heißen Sommerwochen in 2018 haben in Verbindung mit den zusätzlichen 10m² Kollektoren auf dem Westdach das Erdreich auf ca. 25 °C aufgeheizt.  Eine effektive Kühlfunktion ist damit nicht mehr gewährleistet und die Soletemperatur rückt damit in den Bereich den die Wärmepumpe nicht mehr mag. Leider konnte ich keinen Test machen, da ich in der heißen Zeit  nicht zu Hause war. Das bedeutet, die einfache Gleichung: je mehr solare Kollektorfläche, desto besser, ist zu relativieren. Ein Mehr an Kollektorfläche auf dem Dach bringt zwar einen größeren Wärmevorrat für den Winter, geht aber andererseits zu lasten der Kühlfunktion im Sommer.

Um die Kühlfunktion im Sommer von mehr oder weniger Wärmeeintrag via Solarthermie unabhängig zu machen, wurde die Planung für den Neubau verändert:

Update 1.12.2019

Das endgültige Anlagenschema der neuen Anlage finden Sie hier .
Der Tunnelkollektor ist nun räumlich und hydraulisch in zwei Kollektoren aufgeteilt, die aber manuell separat zu-, ab- oder zusammengeschaltet werden können. So lässt sich der Kollektor, der zur Kühlung dient, nach der Heizperiode stilllegen, um dann abgekühlt auf den möglichen Kühleinsatz zu warten.  Der andere Tunnelkollektor nimmt während dessen die komplette Überschusswärme der Solarthermie alleine auf. Wird im Sommer auf Kühlung umgeschaltet, wird nur der kalte Kollektor genutzt, der dann erst einmal durch die Wärme im Haus thermisch vorregeneriert wird. Ist die Kühlperiode dann vorbei, wird damit begonnen diesen kalten Kollektor erst einmal separat aufzuwärmen. Ist dieser Kollektor dann auf dem Temperaturniveau des anderen angekommen, werden beide wieder parallel zusammen geschaltet und ab diesem Zeitpunkt gleichmäßig weiter erwärmt.
Genaueres und Fotos werde ich hochladen, wenn wir mit dem Hausbau soweit durch sind, dass ich mir Zeit für die Dokumentation nehmen kann. Dann haben wir auch schon erste Zahlen. Seit Oktober 2019 bis jetzt läuft die Anlage schon gut und problemlos.
Soviel vorab: wir haben nicht mehr die Wendelform gewählt, sondern pro Kollektor  in 3 Etagen jeweils 100m Rohr slinky verlegt. Außerdem haben wir auf die Kupferrohre im Erdreich verzichtet und speisen die solare Wärme via Plattenwärmetauscher direkt in den Solekreis der Wärmepume (siehe Anlagenschema). So laden wir zwar nur indirekt den Erdspeicher auf, haben aber dafür das Risiko einer möglichen Korrosion der Kupferrohre eliminiert.
Ab hier finden Sie alle Infos zu unserer Weiterentwicklung unter dem Link "Tunnelkollektor 2.0"