Wenn ich eine Funktion wählen müsste, die unsere Welt am besten beschreibt, würde ich ohne zu zögern ‚Faulheit‘ wählen. Ich weiß, ich weiß – Leser sicherlich nicht …
Früher habe ich über Wasserfaulheit bei der Auswahl einer Straße in unserer Zentralheizung geschrieben. Diese Art von Faulheit zwingt uns zu vielen komplizierten Behandlungen, um ihre Auswirkungen zu überwinden – ich habe sie in einer Reihe von Einträgen beschrieben, die sich der hydraulischen Balance widmen.
Es gibt jedoch eine viel häufigere Art von Faulheit. Die meisten, wenn nicht alle Substanzen auf unserem Planeten. Diese Absolute Zurückhaltung, den Aggregationszustand zu ändernein
Da ich bereits über Wasser geschrieben habe, lassen Sie uns einen Moment innehalten. In welchem Zustand ist es zu beobachten? Beginnen wir mit Eis. Es ist ein stabiler Zustand. Aus unserer Sicht ist es sehr kalt. Wir denken auch intuitiv, dass dies eine sehr unbeständige Bedingung ist. Was für eine Kunst, einen Eisblock aufzulösen … aber ist es wirklich so?
💸 Lassen Sie uns die Joules in EUR ändern
Es wird uns leichter sein, es uns vorzustellen, wenn wir abstrakte Joule gegen Geld tauschen. Nehmen wir einen einfachen Konverter an: Erhitzen von 1 kg eines Stoffes um 1°C kostet uns so viel wie seine spezifische Wärme. Also zählen wir!
Beginnen wir mit einem Kilogramm Eis bei -20 ° C. Erhitzen des Eises ist relativ billig (angemessene Wärme beträgt ca. 2,1). Nach ‚Ausgabe‘ 42 EUR Wir haben ein Kilogramm Eis bei 0 ° C.
Wir haben immer noch lose Münzen in unserer Brieftasche, also fügen wir weitere 8 EUR hinzu. Die Logik schlägt vor, da die Erhitzung um einen Grad zwei EUR mit einem Haken kostet, sollten wir jetzt ein Kilogramm Wasser mit einer Temperatur von ca. 3,8 °C haben, oder?
Leider nein .
Die Temperatur hat sich überhaupt nicht verändert. Es gibt kaum einen einzigen Tropfen auf dem Eisblock. Diese Umwandlung von 1 kg Eis in 1 kg Wasser bei gleicher Temperatur ‚kosten‘ uns 334 EUR! Dies ist der Preis, den uns die rücksichtslose Natur für die bloße Änderung des Aggregationszustands bezahlen lässt. Das Thermometer rührt sich nicht.
Nun … wir zahlen weiter, weil wir warm sein wollen. Nach dem Durchbrechen dieses Widerstands steigt die Temperatur zügig an. Wasser hat eine höhere Wärmekapazität, also zahlen wir jetzt etwas mehr – gleich 2,10 EUR für jeden Grad. 210 EUR später Wir erreichen das Ziel: Wir haben 1 kg Wasser bei 100°C. (Ich sitze am Strand und wärme mich auf).
Und an diesem Punkt wiederholt sich die Situation, aber in der extremen Version. Glaubst du, du wirst wieder mit der Menge von dreihundert EUR rauskommen? Vergessen Wir zahlen fast 11-mal mehr für das Brechen von molekularen Bindungen in 1 kg Wasser und die Umwandlung in Dampf. Stimmt genau EUR 2257.00!
Auch hier rührt sich das Thermometer nicht. Wir schauen nervös in die Brieftasche … Wir haben nicht mehr viel, aber was auch immer: Wir fügen den letzten hinzu 21 EUR Und unser Paar (jetzt ist es ein trockenes Paar) erreicht 110 ° C.
Beachten Sie dieses monströse Missverhältnis: Das Ändern der Temperatur in einem konstanten Aggregationszustand erfordert relativ wenig Energie. Nur die Materie zur Änderung des Staates erfordert das Einfügen überproportional größerer, sogar kosmischer Ressourcen.
🔄 Magie funktioniert in beide Richtungen
Genau das Gegenteil verhält sich Dampf, ändert seinen Zustand von Gas zu Flüssigkeit und dann Flüssigkeit zu Eis. Während dieser ‚Kapitulation‘ gibt es uns so viel Energie, dass der Kopf klein ist.
- Brennwertkessel: Wir nutzen diese Abhängigkeit jedes Mal, wenn wir einen Dampf der Abgase kondensieren. Zumindest bis ein Youtube Ingenier unser Heizsystem stört, hohe Temperaturen bei der Rückkehr zum Kessel gewährleistet und alle Kondensation abtötet.
- Eismagazine: Beim Aufbau moderner Energiepuffer verwenden wir die gleiche Abhängigkeit. Und nein, ich meine nicht Eisgetränke …
Wir haben alle die Wärmepumpe gesehen. Am häufigsten wählen wir aufgrund des Preises und der einfachen Installation den Luft-Wasser-Typ. Wie alles hat es jedoch seinen gravierenden Nachteil: die brutale Abhängigkeit der Effizienz (COP) von der Temperaturdifferenz zwischen der Außenluft und dem von der Anlage geforderten Parameter. Je kälter es draußen ist, desto mehr dehnt sich die Schere aus.
Eine viel teurere Sole-Wasser-Pumpe (oder Wasser-Wasser) wird besser sein. Hier nähert sich die Temperatur der unteren Quelle quellseitig selten Null. Wenn wir ein großes Grundstück haben, können wir kilometerlange Rohre in den Boden graben. Wir haben ein kleines Grundstück – wir denken über vertikale Bohrlöcher nach. Ja, aber das ist nicht immer möglich. Manchmal erlauben Beamte nicht und manchmal geologische Zustände im Untergrund.
Und hier kommt der Eistank. Es ist eine brillante Möglichkeit, das System zu hacken.
Wir graben ein relativ kleines Loch in den Boden (10 m³ genügen für ein Einfamilienhaus). Wir haben einen nicht isolierten Betontank hineingelegt, und darin haben wir Rohre auf einen speziellen Rahmen gesetzt. Gießen Sie alles mit klarem Wasser und es ist fertig.
Im Sommer laden wir diesen Tank mit freier Energie auf. Haben wir überschüssigen Strom aus der Photovoltaik? Wir erhitzen das Wasser im Lager. Die Sonne scheint? Die Energie des Solarkollektors wird nach dem Heizen des Kessels direkt in diesen unterirdischen Puffer geworfen. Infolgedessen haben wir zu Beginn der Heizsaison 10.000 Liter Wasser mit einer Temperatur von zwanzig Grad.
Wie wir uns bereits aus unseren Berechnungen erinnern – allein in den Grad Celsius ist nicht viel Energie verborgen. Wahre Magie und ein kraftvoller Energieschub für eine Wärmepumpe Start, wenn die Wassertemperatur im Tank auf 0°C sinkt und Es verwandelt sich in Eis. Die Pumpe zieht dann aus jedem Liter dieser gigantischen 334 kJ versteckter Wärme heraus! Darüber hinaus bezieht Gefrierbeton auch enorme Energiemengen aus der umgebenden, wärmeren Erde. Aus diesem Grund isolieren wir den Betonbehälter vor der Beerdigung nicht.
🧊 Wenn Faulheit ein Drama wird
Natürlich ist es nicht nur Wasser, das Änderungen im Zustand ‚mögt‘. Dies gilt für jedes Element auf der Erde und im Raum – von Quecksilber bis Eisen. Nur die Temperaturbereiche, in denen diese kostspieligen Änderungen stattfinden, sind unterschiedlich. Ich werde mehr über die Physik anderer Substanzen schreiben und den Betrieb von Wärmepumpen im Detail diskutieren.
Und zurück zum Wasser in unserem Garten: Warum ist ein eisiger Verdampfer einer gewöhnlichen Wärmepumpe wegen seiner Wirksamkeit ein Drama?
Denn um ein paar Kilogramm Eis zu schmelzen, die an den Lamellen der externen Einheit haften, muss die Pumpenautomation den Kreislauf umkehren und dort riesige Energiemengen pumpen (bis zu 334 kJ pro Kilogramm!). Diese Energie heizt nicht Ihre Fußbodenheizung und sorgt für Komfort im Wohnzimmer. Sie führt einen brutalen Kampf gegen die Physik und zerreißt die kristallinen Bindungen von Eis.
Daher muss eine weise Installation so gestaltet werden, dass diese Vereisung so wenig wie möglich auftritt. Denn angesichts der Faulheit der Natur lässt uns ein unüberlegtes System immer mit Taschen.