Wie lange dauert es wasser zu erhitzen?

Wissenschaft Physik
#1

Also wir wollen das Wasser für den Pool heizen.
Und da wollen wir dann das Wasser durch einen Schlauch pumpen der liegt auf den Terassendach und wird halt durch die Sonne erhitzt.

Also die Pumpe schafft etwa 7000 l pro Stunde. Der Schlauch ist 120 m Lang und 1.4 cm im Durchmesser. Also passen auf einmal etwa 18 Liter Wasser rein und die brauchen etwa 10 Sekunden um einmal durch zu gehen.

Um wie viel Kelvin vergrößert sich die Temperatur der 18 Liter in den 9 Sekunden wenn der Schlauch so 70 grad hat. Mir ist klar das das deutlich weniger als ein Kelvin ist aber trotzdem.

Es gibt ja die spezifische wärmekapazität. Aber ich weiß ja nicht wie viel Energie der Schlauch abgibt in 9 Sekunden.

Wenn das jemand weiß wäre cool. Dann kann man es ja mit der Formel Q = Spezifische Wärmekapazität *m *delta T.

Und noch ne andere Frage wenn ich einen Liter 80 grad heißes Wasser mit einem Liter 20 grad Wasser zusammenschütte dann hätte ich 2 Liter 50 grad oder?

#2

Hallo!

Fangen wir hinten an. 1l Wasser von 80°C und 1l von 20°C ergibt 2l von 50°, da hast du recht.

Mit der Pumpleistung ist es anders als du denkst: Angenommen, der Schlauch hat wirklich 70°C. Pumpst du das Wasser langsam durch, hat es sich vielleicht in der Mitte schon auf 70°C erhitzt, und nimmt auf den letzten 60m Schlauch keine weitere Wärme mehr auf. Du bekommst am Ende wenig, heißes Wasser.
Je schneller du pumpst, desto kühler ist das Wasser am Ende des Schlauchs, desto mehr wärme kann es aber vom Schlauch aufnehmen. Du bekommst am Ende sehr viel mehr, sehr viel kühleres Wasser, das allerdings insgesamt mehr Wärmeenergie aufgenommen hat, als im ersten Fall. Insgesamt pumpst du so also mehr Wärme in den Pool.

Allerdings lässt sich schwer sagen, wie warm das Wasser wird. Denn 70°C erreicht der Schlauch wohl nur, wenn kein Wasser durch gepumpt wird. Und es kommt auch darauf an, wie stark er isoliert, also wie gut er die Hitze von seiner Außenfläche an das Wasser leitet.

Ich würde anders ansetzen.

Der Schlauch bietet der Sonne eine Fläche von 120m*0,014m=1,68m². Die Sonne versorgt uns mittags mit einer Strahlungsleistung von 1000W/m². wenn der Schlauch das vollständig absorbiert und ans Wasser abgibt, ist das eine Leistung von 1680W, und damit

Temperaturänderung pro Sekunde = Leistung  / (Volumen[Liter] * 4200)

Für das Volumen kannst das das Gesamtvolumen deines Pools ansetzen. Und die Formel gilt nur dann wenn das Wasser auch schnell gepumpt wird.

Was nun noch fehlt ist, daß der Schlauch nicht 100% der Strahlung in Form von Wärme an das Wasser abgibt. Und in Deutschland bekommen wir die 1000W/m² eher selten, und auch nur mittags. Vermutlich kannst du nen Faktor von 0,3-0,5 ansetzen.

Auch, wenn die Zeit für dich arbeitet, ich persönlich wäre für mehr Schlauch.

#3

Also das ist ein solarschlauch mit besonders guter Leitfähigkeit laut dem hersteller. Aber danke macht Sinn.

#4

Ich breche mir jetzt nicht die Finger, indem ich eine Energieberechnung mache.

Du kannst den Wirkungsgrad der Anlage etwas erhöhen:

Du solltest am Grund des Pools ansaugen, wo das Wasser am kältesten ist und auf die Oberfläche zurückpumpen.
Je kälter das Wasser den Radiator erreicht, um so höher ist der Temperaturgradient und damit auch die maximal aufnehmbare Energiemenge.

#5

Andersherum: Mit so Schläuchen auf dem Dach und einer signifikanten Wassererwärmung den Du im Pool spühren wollen wirst wird das so ohne Extraheitzung nix. Trotzdem noch viel Spaß.

#6

Noch eine Überlegung:

Im Prinzip hat ja der Pool eine relativ große Fläche und Wasser eine Albedo von 0.1, das heißt nur 10% der Strahlungsenergie werden reflektiert. Durch Umwälzen müsste man halt das kalte, tiefe Wasser zum Erwärmen nach oben bringen.
Sinnvoll erscheint da ein Schlauchkollektor eher für das Duschen, wo wesentlich geringere Wassermengen aufgeheizt werden und eine Schlauchfüllung einmal Duschen entspricht.

Hoffe das stimmt so, Ihr könnt mich gerne korrigieren.

#7

N’Abend,

um eine nennenswerte Wassermenge in überschaubaren Zeiträumen eine nennenswerte Temperaturerhöhung zuzufügen, wäre es wohl sicherlich zielführender, nicht den nackten Schlauch ohne weiteres aufs Dach zu legen, sondern entweder gleich einen (oder besser mehrere) vernünftige(n) Sonnenkollektor(en) zu erwerben und anzuschießen oder, da nun schon so viel Schlauch da liegt, daraus selbst etwas in der Art zu bauen.
Außerdem bringt natürlich eine Parallelschaltung mehrere Schlauchabschnitte mehr, als die gesamten 120 m hintereinander durchfließen zu lassen.

Grüße
Marius

#8

Beim Wasser hängt die Albedo noch stark vom Einfallswinkel der Sonne ab. Liegt so zwischen 0-05 (senkrechte Einstrahlung) und 0.25 (etwa 45°).

Grundsätzlich verliert der Pool auch wieder Wärme, teils durch Verdunstung aber auch durch Wärmeabstrahlung. Besonders in klaren Nächten wird die Wärme ins Weltall abgestrahlt.
Wenn der Pool weniger Wärme verliert, wird er auch schneller warm.

Dazu gibt es spezielle Poolabdeckungen. Aber auch Noppenfolie oder Pingpong-Bälle funktionieren bestens. Noppenfolie ist sehr günstig, muss man aber vor dem plantschen entfernen. Die Pingpongbälle kann man drin lassen.

MfG Peter(TOO)