Eisspeicher

Als Wärmequellen nutzen die modernen Wärmepumpen das Erdreich, die Umgebungsluft sowie das Grundwasser. Das neu konzipierte Eisspeichersystem kombiniert Erd- und Luftwärme und kann als Wärmequelle zusätzlich auch die solare Einstrahlung nutzen. Ein intelligentes Wärmequellenmanagement sorgt im umweltschonenden Kühl- sowie Heizsystem für das perfekte Zusammenspiel von Wärmepumpe, Solarluftabsorber und Eisspeicher. Die erzeugte Wärme wird je nach Wirtschaftlichkeit und Verfügbarkeit zwischengespeichert und bei Bedarf dem Wohnobjekt zur Verfügung gestellt.

Eisspeicher: Die Einsatzbereiche

Die Technologie „Eisspeicher Wärmepumpe“ steht für umweltfreundliches, sicheres und wirtschaftliches Kühlen und Heizen. Eisspeicher werden sowohl in Ein- und Mehrfamilienhäusern als auch in gewerblichen Gebäuden bis zu 20 kW Heizlast seit mehreren Jahren erfolgreich eingesetzt. Der Einsatz der hocheffizienten Technologie ermöglicht zudem die Energieversorgung von Bürogebäuden, Hotels, Gewerbe-, Industrie- und Wohnimmobilien.

Bei der Weiterentwicklung der Eisspeicher-Wärmepumpe-Technologie liegt derzeit der Schwerpunkt auf der Energieversorgung von Gebäuden für eine Familie. Sollten Sie den Drang verspüren, ein neues Haus bauen zu wollen oder Ihr bestehendes trautes Heim von Grund auf zu modernisieren, bietet sich, rein wärmetechnisch gesehen, die relativ junge Technologie des Eisspeicher-Wärmepumpen-Systems förmlich an.

Die Philosophie der Eisheizung

Der Eisspeicher gilt zweifelsfrei als innovative Energiequelle. Dank dem Eisspeichersystem steht für die Sole-Wasser-Wärmepumpen eine attraktive Wärmequelle zur Verfügung. Eigentlich klingt das Wort „Eisheizung“ ein wenig widersprüchlich. Doch hinter der Idee der Eisheizung steckt der simple Gedanke, die latente Wärme sinnvoll zu nutzen. Das bedeutet: Findet ein Phasenübergang statt, dann wird Energie abgegeben oder aufgenommen. Diese Energie wird als latente Energie bezeichnet. Latent heißt verborgen, so wird beim sogenannten Eisspeicher die Energie des Wassers beim Phasenwechsel über eine Wärmepumpe genutzt.

Alexander von Rohr entwickelte in diesem Jahrtausend die Eisheizung, im Jahre 2007 wurden die Eisheizungsanlagen europaweit patentiert. Es gibt einige nennenswerte Projekte, welche die Wirksamkeit und den Nutzen der neuen Idee der Eisheizung mit hervorragenden Daten belegen. So spart beispielsweise das Stadtarchiv in Stuttgart/Bad Cannstadt mithilfe der installierten Eisheizung rund 30 Prozent an Energiekosten.

Funktion Eisspeicher
Funktion Eisspeicher © Viessmann Deutschland GmbH

Die Funktionsweise eines Eisspeichers

Im alltäglichen Sprachgebrauch wird der Latentwärmespeicher als Eisspeicher bezeichnet. Insbesondere in den kalten Herbst- und Wintermonaten gibt die Solaranlage nicht allzu viel Energie ab. Wollen Sie ganzjährig kostengünstig Energie für Ihren Haushalt gewinnen, dann eignet sich als nutzbare Umweltenergie eine andere Speichertechnik, der Latentwärmespeicher.

Der Eisspeicher ist in der Lage, um den Gefrierpunkt Temperaturen zu speichern. Ihre Solaranlage kann somit auch im Winter Niedertemperaturwärme sammeln, die der Wärmepumpe über den Eisspeicher zugeführt wird. Da die Solaranlage mithilfe des Eisspeichers auch im Winter genutzt werden kann, können Sie gut und gerne auf die Installation eines Erdwärmeaustauschers verzichten.

Zisternen mit Regenwasser oder Paraffin- oder Kieswasserspeicher können als latente Eisspeicher verwendet werden. Per Wärmepumpe kann der Eisspeicher neben der Heizfunktion auch als attraktiver Kühler von Wohngebäuden genutzt werden. Sinkt die Temperatur des Speicherwassers unter das Temperaturniveau des Erdreiches, das den Speicher umgibt, nimmt der Speicher die Wärme des umgebenden Erdreichs auf. Dabei richtet sich die Höhe des dadurch erzielten Energieertrages nach der Bodenbeschaffenheit. Wollen Sie die Sonnenwärme optimal für das Warmwasser und die Heizung nutzen, so sollten Sie den Wärmespeicher und den Solarkollektor etwas größer als sonst auslegen lassen. Nach mehreren strahlend sonnigen Tagen hat der Wärmespeicher in der Regel seine maximale Temperatur erreicht. Die Wärme vom Solarkollektor kann dann genutzt werden, indem die gewonnene Wärme dem Latentwärmespeicher zugeführt wird.

Fazit: Nach einem einfachen Prinzip der Physik funktioniert die Eisheizung. Damit das Eis im Speicher zum Schmelzen gebracht werden kann, muss also Wärme zugeführt werden, und damit Wasser in Eis umgewandelt werden kann, muss die gleiche Energie aufgewendet werden. Diese dabei entstehende Kristallisationsenergie kann von der Eisheizung wiederum genutzt werden. Erstaunlich hierbei ist die hohe Energieausbeute.

Die Bestandteile einer Eisheizung

Der Eisspeicher ist bei der Eisheizung das Herzstück. Sie brauchen für das Heizsystem mit Eis Solar-Luftkollektoren, einen Eisspeicher, ein im Haus installiertes Energiequellenmanagement, eine Wärmepumpe und einen Warmwasserspeicher.

Der Eisspeicher wird meist im Erdreich versenkt, er ist mit Wasser gefüllt. Ein Entzugs- und ein Regenerationsaustauscher sind bei einem Eisspeicher vonnöten, um die Wärme zuzuführen und zu entziehen. Realisiert wird die eigentliche Wärmegewinnung durch eine im Haus befindliche Solar-/Wasser-Wärmepumpe. Die vom Eisspeicher entzogene Energie wird zur Warmwasserbereitung oder zum Heizen von der Wärmepumpe nutzbar gemacht.

Vereist der Eisspeicher, dann wird er aufgetaut. Dafür gibt es zwei Varianten. Zum einen kann das Erdreich selbst den Eisspeicher wieder aufwärmen, zum anderen dienen die Solar-Luftkollektoren als Energiequelle. Die Solar-Luftkollektoren erzeugen sowohl durch die Luft als auch durch die Sonne die nötige Energie, um den Eisspeicher aufzuwärmen.

Bei einer Eisheizung ist das Energiequellenmanagement ein wichtiges Element, denn es übernimmt die Steuerung der Energiequellen beim Latentwärmespeicher. Nur auf diese Weise können die Zeiträume effektiv abgedeckt werden. Denn erzeugen die Solar-Luftkollektoren witterungsbedingt zu wenig Wärme, dann wird auf den Eisspeicher zurückgegriffen. Somit betrachtet fungiert der Eisspeicher bei der Eisheizung viel mehr als Pufferspeicher. Denn eine Eisheizung verwendet zum Heizen nicht ausschließlich die Energie aus dem Latentwärmespeicher. Zuerst gewinnen Sie für Ihren Haushalt die Wärme mittels Solar-Luftkollektoren, erst bei einer zu geringen Wärmegewinnung kommt der Eisspeicher zum Einsatz.

 

Aufbau Eisspeicher
Aufbau Eisspeicher © Viessmann Deutschland GmbH

Wie beim Phasenübergang die Energieaufnahme und -abgabe erfolgt

Die bei einem Phasenübergang abgegebene und aufgenommene Wärmemenge wird als latente Wärme bezeichnet. Latent deshalb, weil kaum eine nennenswerte Temperaturänderung durch die Abgabe und Aufnahme dieser Wärme zustande kommt. Bespiele für latente Wärme sind die Schmelzwärme, die Sublimationswärme, die Kristallisationswärme und die Verdampfungswärme.

So wird bei Erstarren von Wasser, also von flüssigem Wasser zu Eis bei 0 Grad Celsius, plus minus so viel Energie frei, wie benötigt werden würde, um eiskaltes Wasser auf 80 Grad Celsius zu erwärmen. Im Vergleich zur Wärmekapazität ist die spezifische Enthalpie der Phasenumwandlung relativ hoch. So ist vergleichsweise zu einem Heißwasserspeicher die Energiedichte erheblich größer. Die durch das Abkühlen frei gewordene Kristallisationsenergie wird von der Wärmepumpe genutzt.

Ändert das Wasser im Speicher seinen Aggregatzustand von Eis zu flüssigem Wasser, dann entsteht die sogenannte Gefrierwärme bzw. die Kristallisationswärme. Genau diesen Effekt können die Eisspeicherheizungen effizient nutzen.

Bei einer Eisheizung ist der Wärmespeicher relativ groß, er beträgt etwa 10 bis 15 Kubikmeter bei einem Einfamilienhaus. Der Tank passt aufgrund der Größe nicht in den Keller, er kann aber ohne weitere Umstände im Garten oder unter der Garage eingebaut werden.

Der Einbau eines Eisspeichers

Bis zu vier Meter tief wird der Eisspeicher ins Erdreich eingelassen. Der mit Wasser befüllte Speicher sollte deutlich unterhalb der Bodenfrostgrenze verbaut werden, diese liegt im Normalfall bei einem Meter. Nur so kann verhindert werden, dass das Wasser vorzeitig gefriert. Der Entzugswärmeaustauscher ist für die Energiefreisetzung im Eisspeicher wichtig. Zu Beginn der kalten Jahreszeit kann mit seiner Hilfe die Wärmepumpe die Wärme aus dem Wasser im Speicher entziehen. Diese Wärme können Sie auch bestens für die Fußbodenheizung im Haus nutzen. Allmählich kühlt das Wasser im Speicher, bedingt durch den Wärmeentzug, kontinuierlich ab. Schließlich beginnt es zu frieren. Bei diesem Vorgang, wobei sich das Wasser vom flüssigen zum festen Zustand verändert, wird eine große Energiemenge freigesetzt. Dies ist dann die Kristallisationswärme.
Eisspeicher © Viessmann Deutschland GmbH

Der Aufbau eines Eisspeichers

Im Grunde ist ein Eisspeicher ein in Beton gegossener, frostsicherer und zudem großer Wassertank, der normales Trinkwasser enthält. Damit die Anlage nicht durch Algenbildung oder Schmutzpartikel beschädigt wird, dürfen Brauch- oder Brunnenwasser nicht verwendet werden. Neben dem bereits oben erwähnten Entzugswärmeaustauscher, der zuständig ist, die Wärme aus dem Wasser zu entziehen und dem Regenerationswärmeaustauscher, der verantwortlich dafür ist, die Wärme dem Wasser zuzuführen, ist der Eisspeicher zusätzlich mit einem Überlauf ausgestattet. Durch den Überlauf kann überschüssiges Wasser entweichen. Beim Eisspeicher wäre eine Dämmung kontraproduktiv, da das wärmere Erdreich auch dazu dient, dem Inhalt des Speichers Wärme zuzuführen.

Die effiziente Nutzung des Eisspeichers

Der Eisspeicher ist technisch betrachtet im eigentlichen Sinne keine Heizanlage, denn die Wärmepumpe ist bei der Eisheizung die Heizanlage und nicht der Eisspeicher. Die Nutzung des Eisspeichers entspricht vielmehr einer möglichen Energiequelle für die im Haus installierte Wärmepumpe. Der Eisspeicher ist ein ausgeklügeltes Speichersystem, auf welches nachts oder in den kalten Jahreszeiten zurückgegriffen wird. Die Betonzisterne ist auch für kleinere Gebäude bestens geeignet, da es ihr Durchmesser (meist 2,7 Meter) erlaubt, den Eisspeicher auch im Einfahrtsbereich des Grundstückes zu versenken.
Berechnung Eisspeicher © Viessmann Deutschland GmbH

Gute Gründe, einen Eisspeicher zu nutzen

Die Nutzung einer Eisheizung ist in vielerlei Hinsicht attraktiv. Der Eisspeicher ermöglicht bei relativ leichter Erschließung die einfache Nutzung verschiedenerer Wärmequellen, wie der Geothermie, der Solarenergie und der Außenluft. Ein entscheidender Grund für den Einsatz der Eisheizung ist die einfache Installation. Es werden für einen Eisspeicher keine tiefen Bohrungen benötigt und zudem kann der Speicher ohne Genehmigung ins Erdreich eingesetzt werden.

Die Eisspeicher leisten einen wichtigen und zudem notwendigen Beitrag zum Schutz der Umwelt, denn alle genutzten Wärmequellen sind Energien, die regenerativ sind. Der Eisspeicher bietet eine umweltschonende sowie kostengünstige Kühlung und Heizung in einem System vereint. Sollten Sie in einem alten schönen Haus wohnen, dann kann die Nachrüstung mit einer Eisheizung, bei genügend vorhandenem Platz, problemlos und schnell durchgeführt werden.

Auf die Fixkosten bezogen sind Eisspeicher generell gesehen günstig. Der Eisspeicher verursacht nämlich geringe Betriebskosten, da alle nötigen Energiequellen, wie Erdreich, Luft und Sonne, nichts kosten. Laufende Kosten erzeugt einzig und allein der für die Wärmepumpe benötigte Strom. Ein Eisspeicher muss überdies so gut wie kaum gewartet werden, zudem benötigt er, egal bei welcher Größe auch immer, niemals eine Dämmung.

Zum Befüllen eines Eisspeichers können Sie jede vor Ort befindliche Hauswasserleitung nutzen. Dadurch ersparen Sie sich die Transportkosten für das Speichermedium zu Ihrem Wohnhaus. Die Eisspeicher-Wärmepumpe kann binnen kürzester Zeit in Betrieb genommen werden. Die Solar-Eisspeicher-Wärmepumpen-Systeme brauchen im Garten wenig Platz und es geht von ihnen absolut keine Gefahr für den Boden und das Grundwasser aus. Deswegen können Eisheizungen auch ohne Bedenken in Grundwasserschutzgebieten in Betrieb gehen.

Es bedarf keiner Bohrung, der Einbau von Eisspeichersystemen ist genehmigungsfrei und es besteht kein Umweltrisiko. Sie können von den Vorteilen der innovativen Energiequelle für Wärme- und Sole-/Wasserpumpen also nur profitieren. Die Regelung der Eisheizung ist in der Wärmepumpe integriert und ist einfach zu bedienen.

Der Eisspeicher erwärmt sich durch mehrere Umweltenergien immer wieder neu. Die patentierte Vereisung funktioniert von innen nach außen, dadurch wird beim Vereisungsvorgang das Sprengen des Behälters verhindert.

Kombination Eisspeicher mit Solar © Viessmann Deutschland GmbH

Weitere Vorteile, die für den Einbau eines Eisspeichers sprechen

In den Sommermonaten weisen viele Solarzellen aufgrund von Überhitzung schwächere Leistungen auf. Denn bedingt durch die hohe Sonneneinwirkung erhöht sich in den Zellen der elektrische Widerstand. Das führt notgedrungen zu einer verringerten Produktion von Strom. Die Solarzellen werden mithilfe des Eisspeichers in einem Hybridkollektor so abgekühlt, dass sie dadurch in der Lage sind, mehr Energie zu erzeugen (bis zu 30 Prozent) als ohne Kühlung.

Die enormen Einsparungen der Betriebskosten mit einer Eisheizung belaufen sich bis zu 50 Prozent. Die Wärmepumpe verbraucht natürlich Strom, daher können Sie als Hausbesitzer erst dann in puncto Stromversorgungsautarkie profitieren, wenn Sie den Eisspeicher mit einem Batteriespeichersystem und einer effektiven Solaranlage kombinieren. So können Sie mit dieser Anlagetechnik von den schwankenden Preisniveaus für Erdöl und Erdgas unabhängig werden.

Damit eine Eisheizung funktioniert und der Eisspeicher entsprechend langfristig als Wärmequelle fungieren kann, ist eine Solaranlage notwendig. Denn die Solaranlage heizt den Eisspeicher auf. Dadurch erhöhen sich für Sie, für Ihre eigene Heizung, zwar im ersten Moment die Anschaffungskosten. Diese Kosten jedoch amortisieren sich in den nächsten Jahren schnell. Das heißt: Auf lange Sicht bezogen, lohnt sich der Einsatz eines Eisspeichers finanziell gesehen allemal.

Bei der Auswahl der bestmöglichen Wärmepumpe für einen Eisspeicher sollten Sie einen Fachmann konsultieren. Denn hierbei richtet sich das Augenmerk auf die Konzeptionierung des gesamten Heizungssystems. Wasser ist das Wärmespeichermedium, somit ist die Eisheizung nicht nur effektiv, sondern zudem äußerst umweltneutral. Das Wärmespeichermedium stellt auch bei der Entsorgung kein Problem dar.

Anschaffungskosten bei einer Eisheizung

Planen Sie beim Bau eines Massivhauses oder bei einem schlüsselfertigen Fertighaus bereits die Installation einer Heizung mit Eisspeicher ein, dann erhalten Sie ein Heizungssystem, das vergleichsweise günstig ist, mit einem großen Energiepotenzial. Die Preise für einen Latentwärmespeicher inklusive der Installation beginnen bei 12.000 bis 20.000 Euro. Größere Anlagen, wo umfangreiche Erdarbeiten oder mehrere Wasserspeicher (vor allem bei älteren Wohngebäuden) notwendig sind, können die Preise für Eisheizungen sehr schnell in die Höhe schießen. Derartige Anlagen können preislich durchaus bei 100.000 Euro beginnen.

Eisheizung – Vorteile versus Nachteile

Wollen Sie ein modernes Haus kaufen oder bauen, dann gehört auch ein zeitgemäßes, umweltschonendes Heizungssystem dazu. Eine Eisheizung ist auf die Zukunft bezogen eine außerordentlich gute Wahl. Nach Inbetriebnahme erweist sich der Eisspeicher als sehr sparsam.

Vorteile:

Es besteht eine vielfache Kombinationsmöglichkeit mit verschiedenen Systemen von Wärmepumpen. Dies ist für eine eventuelle Nachrüstung bei älteren Immobilien von Relevanz. Im Sommer kann der Eisspeicher zur Kühlung der Wohnbereiche verwendet werden. Die Betriebskosten sind sehr gering. Mit der Heizung können Sie als Hauseigentümer CO2- neutrale Wärme erzeugen.

Nachteile:

Im Vergleich zu anderen Heizanlagesystemen ist die Anschaffung etwas teurer. Der Eisspeicher benötigt aufgrund seines Volumens viel Platz. Die Wärmepumpe hat einen relativ hohen Energiebedarf, sie benötigt viel Strom. Deshalb ist eine große Kollektorenfläche vonnöten. Nicht jede Dachkonstruktion ist dementsprechend geeignet, als besonders günstig erweisen sich Gebäudearten mit einem Pultdach.
Eisspeicher © Viessmann Deutschland GmbH

Fördermittel für Eisspeicher

Derzeit wird die Eisheizung als gesamte Heizungsanlage noch nicht vom Staat oder vom zuständigen Bundesland gefördert. Die Wärmepumpe allerdings, die zur Heizungsanlage mit einem Eisspeicher gehört, kann vom Staat mit Hilfsmitteln bezuschusst werden. Der exakte Förderbetrag ist somit davon abhängig, wie viel die Wärmepumpe genau leistet. Beim Bundesamt BAFA, dem Amt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle, können Sie eine Förderung beantragen.
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