Wie funktioniert ein Eisspeicher?
Heiß auf Eis: Wie man die Sommersonne speichern und im Winter zum Heizen nutzen kann
Eva Bodenmüller
30. Juni 2023
Houzz Deutschland Contributor. Freie Autorin mit Faible für Architektur und Technik, Garten und Kulinarik
Houzz Deutschland Contributor. Freie Autorin mit Faible für Architektur und Technik,... Mehr
Bei regenerativen Energiequellen wie Wind und Sonne wird oft bemängelt, dass sie nicht auf Abruf verfügbar sind. Und Speichern ist nicht ganz trivial. Schon die Schildbürger mussten erfahren, dass sich Sonne nicht einfach in Eimern ins Haus tragen lässt. Was also tun? Eine Möglichkeit, aus der Sonne gewonnene Energie zeitverzögert zu nutzen, sind Eisspeicher und die daraus resultierenden Eisspeicherheizungen. Wie aber funktionieren Eisspeicher? Wo liegen ihre Vorteile, wo mögliche Nachteile? Und für wen lohnen Eisspeicher sich tatsächlich?
Aufbau von Eisspeichern. Der eigentliche Eisspeicher besteht aus einer Zisterne, meist aus Beton, die im Boden vergraben ist. Mehr als vier Meter tief muss das nicht sein. In der Zisterne befinden sich Rohre, in denen eine frostsichere Flüssigkeit zirkuliert. Der Eisspeicher selbst ist mit Wasser gefüllt. Eine Isolierung ist nicht notwendig, da das Wasser kälter als die Umgebung ist und daher keine Wärme verloren geht. Teil des Eisspeichers sind zudem ein Entzugswärmetauscher und ein Regenerationswärmetauscher.
Mit den Solarhybridkollektoren auf dem Dach dieses Hauses in Esslingen (Architekturbüro msm Schneck) werden eine Wärmepumpe und ein zugehöriger Eisspeicher betrieben
Wie funktionieren Eisspeicher? Der Eisspeicher ist nicht die eigentliche Heizung, sondern dient dazu, Wärmeenergie längerfristig zu speichern. Er kann also die im Sommer gewonnene Wärme einlagern, die dann im Winter zum Heizen genutzt werden kann. Während der Heizperiode wird dem Wasser im Speicher über einen Entzugswärmetauscher Wärme entzogen. Bei diesem Prozess kühlt das Wasser langsam ab und wird zu Eis.
Der Entzugswärmetauscher leitet die Wärme an eine Wärmepumpe weiter, die sie zum Heizen und zur Warmwasserbereitung nutzt. Auch die Wärme, die während der Eiskristallisation frei wird, kann über die Wärmepumpe zum Heizen genutzt werden.
Das gefrorene Wasser wird über einen Regenerationswärmetauscher wieder aufgetaut. Er erhält seine Wärme aus der Umgebung und durch Solarthermie. Dies geschieht vor allem im Sommer, bei hoher Sonneneinstrahlung. Da der Eisspeicher nicht gedämmt ist, kann auch das umgebende Erdreich zur Regeneration und dem Schmelzen des Eises beitragen.
Besonders effizient ist der Eisspeicher in Kombination mit einer reversiblen Wärmepumpe, die im Sommer auch zum Kühlen eingesetzt werden kann.
Wie funktionieren Eisspeicher? Der Eisspeicher ist nicht die eigentliche Heizung, sondern dient dazu, Wärmeenergie längerfristig zu speichern. Er kann also die im Sommer gewonnene Wärme einlagern, die dann im Winter zum Heizen genutzt werden kann. Während der Heizperiode wird dem Wasser im Speicher über einen Entzugswärmetauscher Wärme entzogen. Bei diesem Prozess kühlt das Wasser langsam ab und wird zu Eis.
Der Entzugswärmetauscher leitet die Wärme an eine Wärmepumpe weiter, die sie zum Heizen und zur Warmwasserbereitung nutzt. Auch die Wärme, die während der Eiskristallisation frei wird, kann über die Wärmepumpe zum Heizen genutzt werden.
Das gefrorene Wasser wird über einen Regenerationswärmetauscher wieder aufgetaut. Er erhält seine Wärme aus der Umgebung und durch Solarthermie. Dies geschieht vor allem im Sommer, bei hoher Sonneneinstrahlung. Da der Eisspeicher nicht gedämmt ist, kann auch das umgebende Erdreich zur Regeneration und dem Schmelzen des Eises beitragen.
Besonders effizient ist der Eisspeicher in Kombination mit einer reversiblen Wärmepumpe, die im Sommer auch zum Kühlen eingesetzt werden kann.
Dieses Architektenhaus wird beheizt mit der Eisspeicherheizung Solaera mit Unterstützung durch Photovoltaik
Vorteile von Eisspeichern
Nachteile von Eisspeichern
Vorteile von Eisspeichern
- Wärme kann fast verlustfrei gespeichert werden.
- Der Prozess des Phasenübergangs von flüssig zu fest kann permanent wiederholt werden.
- Höhere Speicherkapazität als Wasserspeicher.
- Die Energiemenge des Phasenübergangs von Eis zu Wasser reicht aus, um Wasser von null auf achtzig Grad zu erhitzen.
- Der Eisspeicher kann im Sommer für die natürliche Kühlung genutzt werden.
- Der Strombedarf ist gering, da nur die Wärmepumpe mit Strom betrieben werden muss.
- Der Speicher selbst muss nicht gedämmt werden.
- Eisspeicher sind im laufenden Betrieb sehr günstig.
- In der Regel sind Eisspeicher nicht genehmigungspflichtig.
Nachteile von Eisspeichern
- Die Anschaffungskosten liegen im fünfstelligen Eurobereich.
- Es wird relativ viel Platz für den Eisspeicher benötigt, da für 10 Kilowattstunden Heizleistung ein Speichervolumen von 10 Kubikmetern benötigt wird.
- Das Fassungsvermögen des Eisspeichers muss auf die Größe des Gebäudes abgestimmt sein.
- Die Nutzung des Eisspeichers ist nur mit einer Wärmepumpe möglich, und die benötigt Strom.
- Ein Eisspeicher und die daraus resultierende Eisspeicherheizung sind eine komplexe Anlage, in dem ein ausgeklügeltes Lade- und Entladesystem mit verschiedenen Wärmetauschern installiert werden muss.
Dieses Haus von Klaus Mäs Architektur wird mit einem Eisspeicher von Viessmann betrieben.
Was kostet eine Eisspeicherheizung? Für den Bau der Zisterne und die zugehörige Technik fallen rund 10.000 Euro an. Hinzu kommen Kosten für eine Luft-Wasser-Wärmepumpe, die idealerweise mit selbst produziertem Solarstrom läuft.
Im Betrieb fallen nur die Stromkosten für die Wärmepumpe an. Die Heizkosten können sich damit auf 3 Euro pro Quadratmeter und Jahr reduzieren – immer vorausgesetzt, das Heizsystem ist optimal eingestellt und das Haus gut gedämmt. Wartungskosten für den Eisspeicher selbst fallen nicht an.
Fazit. Für ein Einfamilienhaus eignet sich eine Eisspeicherheizung nur, wenn ausreichend Fläche vorhanden ist, das Haus selbst gut gedämmt ist und möglichst nicht viel Fläche beheizt werden muss. In der Regel werden Eisspeicherheizungen auch aus Kostengründen so angelegt, dass sie mehrere Wohneinheiten versorgen können. Das sind etwa Mehrfamilienhäuser; aber es ist auch denkbar, dass eine Anlage mehrere Einfamilienhäuser bedient.
Finden Sie hier Fachleute für Planung und Einbau von Energietechnik
Was kostet eine Eisspeicherheizung? Für den Bau der Zisterne und die zugehörige Technik fallen rund 10.000 Euro an. Hinzu kommen Kosten für eine Luft-Wasser-Wärmepumpe, die idealerweise mit selbst produziertem Solarstrom läuft.
Im Betrieb fallen nur die Stromkosten für die Wärmepumpe an. Die Heizkosten können sich damit auf 3 Euro pro Quadratmeter und Jahr reduzieren – immer vorausgesetzt, das Heizsystem ist optimal eingestellt und das Haus gut gedämmt. Wartungskosten für den Eisspeicher selbst fallen nicht an.
Fazit. Für ein Einfamilienhaus eignet sich eine Eisspeicherheizung nur, wenn ausreichend Fläche vorhanden ist, das Haus selbst gut gedämmt ist und möglichst nicht viel Fläche beheizt werden muss. In der Regel werden Eisspeicherheizungen auch aus Kostengründen so angelegt, dass sie mehrere Wohneinheiten versorgen können. Das sind etwa Mehrfamilienhäuser; aber es ist auch denkbar, dass eine Anlage mehrere Einfamilienhäuser bedient.
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Die Aussage
"Das dritte Foto zeigt eine Photovoltaikanlage, das hat nichts mit dem Thema zu tun."
möchte ich kommentieren:
Die PV Anlage hat idealerweise die Leistung um die Wärmepumpe zu betreiben.
Somit ist sie ein weiterer Baustein der zum Gesamtkonzept der Eisheizung gehört.
Gruß
Andreas
Das funktioniert leider nur, wenn zusätzlich ein entsprechend groß dimensionierter (und damit sehr teurer) Stromspeicher installiert wird. Denn die Sonne scheint nun mal primär im Sommerhalbjahr, dann erzeugt die Wärmepumpe aber lediglich das warme Wasser zum Duschen etc. Im Winterhalbjahr dagegen wird sehr viel mehr Strom (eben zum Heizen mittels Wärmepumpe) benötigt. Dann sind die Erträge einer PV-Anlage erfahrungsgemäß gering. Bei uns in NRW rechnet sich das nicht, zudem ist Wärmestrom deutlich günstiger als normaler Haushaltsstrom. Noch günstiger wird die Nutzung durch flexibler Echtzeit-Stromtarife, wenn im Gebäude Smartmeter installiert sind.
Wir haben einen Ringgrabenkollektor verlegt. Vom Prinzip eigentlich ähnlich wie dieser Speicher, auch hier kann das Erdreich gefrieren (was allerdings nicht das Ziel ist) und bei einer entsprechenden Solewasserwärmepumpe kann auch im Sommer gekühlt werden. Der Ringgrabenkollektor ist wesentlich günstiger, allerdings braucht man entsprechend Fläche bzw. muss ihn vor dem Bau unter der Bodenplatte verlegen. Unser Graben war ca. 160m lang, 1,80m tief und breit. Und eine Flächenheizung ist sinnvoll, wir haben uns für eine Wandheizung entschieden.