Wie funktioniert ein Eisspeicher?

Eisspeicher – Funktionsweise & Kosten; Bild: Maik Schwertle / pixelio.de

Eisspeicher sind in den letzten Jahren immer häufiger zum Einsatz gekommen. Doch was versteht man eigentlich unter einem Eisspeicher? Wie funktioniert er? Welche Einsatzmöglichkeiten gibt es? Was kostet er?

Definition: Eisspeicher

Der Eisspeicher wird auch als Latentwärmespeicher bezeichnet. Dabei wird von latenter Wärme (“latent” lat. für “verborgen”) gesprochen, da bei einem Phasenübergang Wärme aufgenommen oder abgegeben wird und diese Wärmeaufnahme bzw. Wärmeabgabe nicht zu einer Temperaturänderung führt.

Ein Eisspeicher ist zunächst ein großer Behälter (Speicher), in dem das Wasser sowohl in flüssiger Form als auch in gasförmiger Form vorliegen kann. Der Vorteil hierbei ist vor allem, dass bei der Änderung des Aggregatzustandes viel Kristallisationswärme gespeichert bzw. freigesetzt wird. Das heißt beim Vereisen bzw. Erstarren des Wassers (Phasenübergang flüssig zu fest) wird Energie frei und beim Schmelzen des Wassers (Phasenübergang fest zu flüssig) wird Energie gespeichert. Diese Energiemenge entspricht etwa der Energiemenge, die erforderlich ist, um die gleiche Wassermenge von 0°C auf 80°C zu erwärmen.

Wasser beinhaltet folgende Kenndaten:

• Schmelzenthalpie:                          334 kJ je Kilogramm Wasser
• Spezifische Wärmekapazität:       etwa 4,19 kJ je Kilogramm Wasser

Insgesamt kann somit je Kubikmeter Eisspeicher eine Energiemenge gespeichert bzw. freigesetzt werden, die etwa 11 Liter Heizöl entspricht.

Da dieser Eisspeicher genau die Energie des Phasenwechsels von Wasser nutzt, wird er auch als Latentwärmespeicher bezeichnet. Inzwischen gibt es bereits für Ein- und Zweifamilienhäuser mit einer Heizlast von bis zu 20 kW erfolgreiche Eisspeicher-Konzepte. Grundsätzlich ist es empfehlenswert ein abgestimmtes Systempaket vom Hersteller zu bevorzugen, da hierdurch bei Einbau durch eine erfahrene Fachfirma ein optimaler Betrieb problemlos möglich sein sollte.

Dabei erfolgt in der Regel die Kombination einer Wärmepumpe mit einer solarthermischen Anlage. Hier kann im Sommer die Sonnenenergie aus der solarthermischen Anlage in den Eisspeicher eingespeist werden. In der kalten Jahreszeit kann die gespeicherte Energie aus dem Eisspeicher genutzt werden.

Es können auch weitere Umweltenergien genutzt werden. Die kombinierte Nutzung folgender Energien bzw. Wärmequellen ist denkbar:

• Sonnenenergie                 (Solarthermie / Photovoltaik / Solarluftabsorber);
• Erdwärme/Umweltwärme (Außenluft/Abwärme)/ Wasserwärme (Wärmepumpe);
• sonstige Umweltenergien (warmer Regen, warmes Abwasser etc.)

Da der Eisspeicher ein vergleichsweise großes Volumen hat, wird er in der Regel im Garten im Erdreich eingebaut. Eine behördliche Baugenehmigung ist hierfür nicht erforderlich. Die erforderliche Eisspeichergröße für ein Ein- oder Zweifamilienhaus liegt bei etwa 10 bis 12 Kubikmeter. Das kann je nach Größe des Hauses bzw. vielmehr je nach Heizwärmebedarf variieren.

Funktionsweise – Eisspeicher

Die jeweils zur Verfügung stehende Umweltenergie (beispielsweise Solarenergie im Sommer) wird genutzt. Dabei kann eine Wärmepumpe im Sommer die überschüssige Energie (Wärme) in den Eisspeicher senden. Dieser wird dadurch erwärmt. Steht nicht mehr genügend Umweltenergie zur Verfügung (Winter), so kann der Eisspeicher als Wärmequelle dienen. Das bedeutet, dem Eisspeicher wird Wärmeenergie entzogen und er vereist allmählich. Gegebenenfalls kann er (in gefrorenem Zustand) über einen zweiten Wärmetauscher an der Außenwand des Speichers auch etwas Wärmeenergie aus dem angrenzenden Erdreich nutzen. Wird es wieder wärmer so kann wiederum die überschüssige Umweltenergie (Solarenergie) in den Speicher überführt werden, so dass das Wasser wieder schmilzt. Die vorhandene Kälte im Eisspeicher kann natürlich auch gleichzeitig in der warmen Jahreszeit der Kühlung des Hauses dienen.

Vor- und Nachteile – Eisspeicher

Dieses Konzept ist grundsätzlich nur für den Fall geeignet, dass das Gebäude mit einer (Sole-Wasser-) Wärmepumpe beheizt werden soll, da der Eisspeicher in Kombination mit einer Wärmepumpe zu betreiben ist. Für Ein- und Zweifamilienhäuser würden sich zwei Erzeuger (beispielsweise Wärmepumpe und Pelletkessel) aufgrund der hohen Investitionskosten in der Regel nicht als wirtschaftlich darstellen.

Der große Vorteil besteht vor allem darin, dass mit dem Phasenübergang eine große Energiemenge gespeichert bzw. freigesetzt werden kann (Heizwert von umgerechnet ca. 11 Liter Heizöl je Kubikmeter Eisspeicher). Es ist somit vergleichsweise einfach, die überschüssige Umweltwärme vorübergehend zu speichern und bei Bedarf wieder abzurufen. Da der Eisspeicher selbst in der Regel mit reinem Wasser (bzw. Eis) gefüllt ist, d.h. ohne Zusätze, kann grundsätzlich keine Gefahr bezüglich der Verunreinigung des angrenzenden Erdreichs auftreten.

Die Effektivität der Wärmepumpe selbst ist vergleichsweise hoch, jedoch sollte auch bei diesem Konzept ein Heizstab für extreme Witterungsbedingungen im Winter eingeplant werden.

Der Nachteil ist vor allem im großen erforderlichen Volumen des Eisspeichers zu sehen (ca. 10 Kubikmeter für ein Einfamilienhaus).

Kosten – Eisspeicher

Dieses Anlagenkonzept hat natürlich ihren Preis. Auch wenn man vielleicht denken mag, dass man eigentlich einfach nur Zisternen oder vergleichbare Behälter direkt im Garten (oberflächennah, jedoch im frostfreien Bereich) einbauen muss und fertig. Die Kosten für einen Eisspeicher, inklusive Einbau liegen bei etwa 10.000 € für ein Einfamilienhaus (Neubau, mit ca. 10 kW erforderliche Heizleistung). Hinzu kommen Kosten für die Wärmepumpe und die Solarthermie (oder alternative Umweltwärme) von schätzungsweise 12.000 € bis 17.000 €, so dass die Kosten insgesamt bei etwa 22.000 € bis 27.000 € liegen.

Ein Vergleich mit alternativen Heizungskonzepten zeigt, dass diese Variante nicht unbedingt günstiger ist und eine Wirtschaftlichkeitsrechnung vorab unbedingt zu empfehlen ist. Diese Variante kann sich beispielsweise sinnvoll erweisen, wenn

• ohnehin der Heizwärmebedarf des Gebäudes sehr gering ist (beispielsweise Neubau mit Fußbodenheizung),
• der Einbau eines Eisspeichers ohne großen Mehraufwand erfolgen kann (beispielsweise Neubau),
• eine kostengünstige Nutzung von Umweltwärme gegeben ist,
• eine Kombination mit einem zweiten Heizsystem angestrebt wird (bei größeren Objekten) oder
• kaum alternative Heizsysteme zur Verfügung stehen.

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