DE102009009761A1 - Joule-Box - Google Patents

Abstract

Die Joule-Box läuft ganz ohne Strom oder Außeneinwirkung und basiert im Grundprinzip ausschließlich auf physikalischen Naturgesetzen.

Description

• 2.2 Ideen
• Als erstes haben wir im Haus nachgeschaut, wie und wo das Abwasser fließt. Dabei haben wir festgestellt, dass es nicht nur warmes Abwasser, sondern auch kaltes Abwasser gibt, die zusammen in einen Kanal fließen. Bei uns im Haus könnte der Wasserverlauf möglicherweise (mit Wärmetauscher) ungefähr so aussehen:
  → Siehe 1 des Zeichenblattes
• In unserer Skizze erkennt man, dass es sinnvoll ist, warmes und kaltes Abwasser zu trennen.
• Die Frage, die wir uns gestellt haben, war: Wie bekommen wir die Wärme aus dem Abwasser zum Frischwasser? Dazu haben wir uns den Frischwasserkreislauf im Haus angesehen.
• Nach langem Überlegen haben wir festgestellt, dass wir einen Wärmetauscher benötigen, welcher optimaler Weise vor dem Heizkessel angebracht wird.
  → Siehe 2 des Zeichenblattes
• 2.5 Entscheidungen zum Bau
• Nachdem die groben Details besprochen waren, fuhren wir in den Baumarkt und kauften:
• – eine große viereckige Plastik-Box mit Deckel
• – 100 Meter dünnwandigen Schlauch
• – Plexiglas
• – Verbindungsstücke, um die Schläuche zu verbinden
• – zwei Anschlüsse
• Nun musste unser Wärmetauscher nur noch aus diesen Materialien gebaut werden. Also setzten wir uns an den Tisch und überlegten, zeichneten und diskutierten. Wir sind zu dem Entschluss gekommen, dass wir den Schlauch durch ein Plexiglasgestell mit vielen Löchern fädeln wollten. Gesagt, getan! Wir maßen die Kiste aus (6,4 dm × 4,9 dm × 2,8 dm) und zeichneten die drei Plexiglasplatten an (ein Gitternetz mit 3 cm Abständen), die wir später zusammenstecken wollten. Anschließend gingen wir in den Keller, sägten diese aus und bohrten unsere Löcher. Außerdem sägten wir noch bei den kleineren Platten einen und bei der Größeren zwei Schlitze zum Zusammenstecken hinein.
  → Siehe 4, 5, 6 des Zeichenblattes
• Als wir das Plexiglasgestell fertig hatten, fingen wir an den Schlauch durch die Löcher zu fädeln. Dies war eine sehr mühselige Aufgabe, da wir immer die ganzen 20 Meter-Schläuche durch jedes einzelne Loch ziehen mussten.
• Nun fehlten noch die Anschlüsse. Je einen Ein- und Ausgang für Ab- und Frischwasser. Da wir durchs Fühlen bei unserem Babywannenversuch festgestellt hatten, dass sich das kalte Wasser unten ablagert, beschlossen wir den Abwasserausgang nach unten zu legen. Es gab nur ein kleines Problem. Wenn wir das Loch unten in die Kiste gebohrt hätten, wäre die Kiste zu instabil geworden. Also bohrten wir das Loch für den Ausgang oben an, legten aber einen harten Spiralschlauch senkrecht bis kurz vor den Boden der Kiste. Der Abwassereingang wurde schräg gegenüber dem Ausgang platziert. Um die Höhe des Wasserstandes zu regulieren, schlossen wir an den Abwasserausgang ein gebogenes Kanalrohr an. Was auch noch den Vorteil hat, dass das Wasser, wenn es erst einmal über die Biegung ist, nicht mehr zurück laufen kann.
• Der Frischwasserschlauch läuft vom Eingang oben direkt bis zum Boden und fängt dort an sich in spiraler Form nach oben zum Ausgang zu bewegen. Der Vorteil liegt darin, dass das kalte Frischwasser erst durch das kältere am Boden abgelagerte Abwasser und dann erst durch das wärmere Abwasser an der Oberfläche fließt
• Berechnung der Energieeinsparung
• → Siehe 3 des Zeichenblattes
• Ohne Wärmetauscher muss der Kessel das Wasser von 8°C auf 40°C, also um 32,2°C erwärmen.
• Mit Wärmetauscher muss der Kessel das Wasser von 35,3°C auf 40°C, also um 4,7°C erwärmen.
• 
• Daraus folgt bei perfekten Bedingungen ein Ersparnis von 85%.
• 3. Ergebnisse
• 3.1 Berechnung der Einsparung
• Durchschnittlicher Warmwasserverbrauch einer vierköpfigen Familie pro Tag (Angaben der Stadtwerke Deutschland)

  Warmwasser	Verbrauch in Liter
  Duschen und Baden	160
  Wäsche	72
  Körperpflege	32
  Geschirr	25
  insgesamt	289
  pro Jahr	≈ 105.500

• Um 1 kg Wasser um 1°C zu erwärmen, braucht man 4,19 kJ. Bei unserem Heizkessel wird das Wasser von 8°C auf 40°C erhitzt, also um 32°C.
• Rechnungen:

  
• Durch unseren Wärmetauscher sparen wir 85%.
• Für unsere Rechnungen haben wir aber 5% abgezogen, da bei unseren Versuchen optimale Bedingungen vorhanden waren.
• Wir sparen ≈ 80% also = 11.316.352 kJ
  
• Unsere eingesparten Energie in kWh ungerechnet:

  

  swb Bremen:
  (Januar 2009)
  Gaspreis: 8,06 ct/kWh inkl. MwSt.
• Gespartes Geld:

  
• Ein vierköpfiger Haushalt könnte mit unserem Wärmetauscher ≈ 253,36 EUR im Jahr an Warmwasserheizkosten sparen!
• 3.2 Fazit
• Bei dem Praxistest unserer Box ist ein überraschendes Ergebnis herausgekommen. Wir haben eine Erwärmung von 26,5°C erreicht. Dies ist ziemlich viel in einer relativ kurzen Zeit, mit der wir nicht gerechnet hätten! So nehmen wir dem Heizkessel 85% seiner Heizaufgabe ab.
• Durch unsere Rechnungen haben wir herausgefunden, dass eine vierköpfige Familie im Jahr ca. 253 EUR einsparen könnte.
• Unsere Überlegungen zum Wickeln des Schlauches (von unten nach oben) und zur Abflusslegung (unten) haben sich als sinnvoll erwiesen, da das Abwasser unten 6°C kälter ist als oben.
• Die Wärmerückgewinnung hängt stark von der Durchflussgeschwindigkeit des Wassers ab.
• Durch sauberes Arbeiten haben wir ein optimales Ergebnis erzielt.
• Da das Wasser in dem Wärmetauscher erst bei einer bestimmten Höhe abläuft, hat man immer ein Minimum an warmem Wasser, das das Frischwasser erwärmen kann
• 4.1 Diskussion der Ergebnisse
• Unser Wärmetauscher funktioniert einwandfrei. Doch man muss beachten, dass in einem richtigen Haushalt andere Ergebnisse herauskommen könnten, da wir uns bei unseren Versuchen ideale Verhältnisse geschaffen hatten. Z. B. gibt es im Haushalt lange Rohrwege. Es kann passieren, dass kein warmes Wasser mehr im Wärmetauscher vorhanden ist und der Kessel die ersten Liter ganz alleine aufheizen muss. Erst nach den ersten paar Minuten, wenn das verbrauchte Wasser vom Duschen unten im Wärmetauscher angekommen ist, kann ein Energiegewinn wieder zu Stande kommen.
• Da wir bei unseren Messungen immer mit 40°C warmen Wasser gearbeitet und gerechnet haben, können wir nicht genau sagen, wie groß die Energieeinsparung bei kälterem oder wärmerem Abwasser ist. Wir gehen aber davon aus, dass immer eine relativ große Energieeinsparung zustande kommen würde. Außerdem würde das kältere Wasser auf den Grund des Wärmetauschers sinken und dort auf dem schnellsten Wege durch den Abwasserausgang in den Kanal gelangen.
• Der Wärmetauscher ist für Altbauten nicht geeignet, da dort das gesamte Abwasser zusammen in einer Leitung abläuft und die Toilette nicht abgetrennt werden kann. Hingegen für Neubauten ist unser Wärmetauscher sehr zu empfehlen, weil hier die Möglichkeit besteht die Abwasserleitungen getrennt zu legen.
• Unseren Wärmetauscher kann man zwar leicht säubern, indem man ihn herausnimmt, doch dieses ist sehr umständlich und es riecht wahrscheinlich nicht gerade angenehm. Also müsste man noch eine Lösung finden, wie man die Feststoffe vom Händewaschen und Geschirrspülen herausfiltern könnte.
• Das Gute ist, dass unser Wärmetauscher sehr einfach zu bauen ist und mit wenig Material- und Geldaufwand verbunden ist. Allerdings muss man beachten, wenn man ihn mit Kupferrohren bauen möchte, würde es preisaufwändiger, aber haltbarer werden.
• Viele Leute bauen sich momentan eine Solaranlage auf ihr Dach. Doch diese ist sehr teuer und aufwendig anzubringen. Außerdem erfolgt nur im Sommer ein optimales Ergebnis, da im Winter die Sonne nicht so viel scheint. Unser Wärmetauscher hingegen funktioniert das ganze Jahr über und ist auf jeden Fall nicht so teuer.
• Ob sich das Prinzip dieses Wärmetauschers für eine Serienproduktion eignet, wissen wir nicht. Wir werden dazu mit einer Heizungsfirma (Brötje) Kontakt aufnehmen.

Claims (4)

1. Die Joule-Box läuft ganz ohne Strom oder Außeneinwirkung und basiert im Grundprinzip ausschließlich auf physikalischen Naturgesetzen.
2. Die Joule-Box zeichnet sich durch ihre einzigartige und selbstentwickelte Wickeltechnik aus.
3. Die Verfahren und Überlegungen zu den Ein- und Ausgängen in der Joule-Box machen einen großen Teil der richtigen Energiesparmethode aus.
4. Das entwickelte Plexiglasgestell ist Kern der Joule-Box und einzigartig.