Blick in einen Eisspeicher: Die schwarzen Schläuche übertragen Wärme aus der Außenluft und von der Solarthermie-Anlage an das Speicherwasser. Abbildung: Viessmann Werke
Eisspeicher liefern Heiz- und Kühlenergie
In Zeiten, in denen es noch keine Kühlschränke gab, bauten die Menschen häufig Eisgruben im Erdreich, um darin leicht verderbliche Waren wie zum Beispiel Fleisch zu kühlen. Das Prinzip leuchtet auch unmittelbar ein. Dagegen klingt die Idee, durch das Gefrieren von Wasser Heizenergie zu gewinnen, im ersten Moment absurd. Aber genau das geschieht in modernen Eisspeicheranlagen.
Dabei handelt es sich aber nicht um ein Wunderwerk, sondern um ein physikalisches Grundprinzip: Entzieht man Wasser nach und nach die in ihm enthaltene Wärme, dann wird genau in der Phase am meisten Wärme freigesetzt, wenn der Übergang vom flüssigen Wasser zum festen Eis erfolgt. Die Wassermoleküle ordnen sich während der Eisbildung nämlich neu an, sie beginnen ein regelmäßiges Kristallgitter auszubilden. Und während dieses Vorgangs wird so genannte Kristallisationswärme frei.
Dieses Prinzip kennen wir bereits von den Latentwärmespeichern, die mitunter in modernen Baustoffen zum Einsatz kommen. Wir erinnern uns: Latentwärmespeichermaterialien – z. B. kleine Wachsperlen – schmelzen bei geringen Temperaturen und nehmen während der Phasenumwandlung vom festen zum flüssigen Zustand relativ viel Wärme auf. Fällt die Temperatur wieder ab, dann läuft der Vorgang umgekehrt ab. Der Kern der Perlen kühlt ab und gibt dabei wieder Wärme ab.
Die Wachsperlen verhalten sich also ganz ähnlich wie Wasser bei der Umwandlung vom flüssigen zum gefrorenen Zustand. Diese Zusammenhänge macht man sich beim Betrieb von Eisspeicheranlagen zunutze, die sowohl Heiz- als auch Kühlenergie für Gebäude liefern.
System mit Wärmepumpe
Dieser Eisspeicher ist über eine Wärmepumpe (Keller an die Flächenheizung im Gebäude angeschlossen. Abbildung: Viessmann Werke
Dabei handelt es sich um Speicherbehälter, die mit normalem Leitungswasser gefüllt und in der Regel neben dem Gebäude im Erdreich vergraben werden. In den Speichern befinden sich zudem Kunststoffrohre, die als Wärmetauscher fungieren (siehe Foto). Dafür fließt durch die Schläuche ein geeignetes Wärmeübertragungsmedium. Über die Wärmetauscherschläuche lässt sich zusätzliche Wärme aus der Außenluft oder aus Sonneneinstrahlung in das Speicherwasser “einlagern“. Denn meist wird auch eine Solarthermie-Anlage als weitere Wärmequelle an den Eisspeicher angeschlossen. Der Behälter dient dann also auch als Pufferspeicher für überschüssige Wärme von den Sonnenkollektoren.
Zudem steigt die Wassertemperatur im Speicher natürlich auch durch Wärme aus dem Erdreich, die über die Speicherwände an das Wasser abgegeben wird. Wobei die nutzbare Erdwärme deutlich geringer ist als bei einer Erdsonde, die viel tiefer in den Untergrund reicht. Eisspeicher werden schließlich direkt unterhalb der Oberfläche eingegraben. Anders als eine Sonde, für die man etwa 100 m tief bohren muss, dürfen Eisspeicher dafür aber ohne behördliche Genehmigung installiert und betrieben werden.
In der Regel wird der Eisspeicher an eine Wärmepumpe angeschlossen. Diese hebt die Energie auf ein höheres Temperaturlevel, denn die Wärme aus dem Eisspeicher allein würde niemals ausreichen, um eine Heizung auf ein angenehmes Temperaturniveau zu bringen. Die Wärmepumpe ist an die Heizkörper angeschlossen und sorgt dafür, dass das Wasser am Ende warm genug für die Gebäudeheizung ist.
Funktionsweise des Speichers
Warum aber heißen die Behälter Eisspeicher? Bisher war doch nur die Rede von normalem, flüssigem Leitungswasser, das in den Behältern bevorratet wird. Tatsächlich ist das Speicherwasser während der wärmeren Jahreszeiten flüssig und enthält relativ viel Wärmeenergie. Mit Beginn der Heizperiode wird diese Wärme dem Speichermedium aber nach und nach entzogen und an die Gebäudeheizung abgegeben. Dadurch kühlt das Speicherwasser immer mehr ab, bis es schließlich zu Eis gefriert.
Das ist der Unterschied zu einem normalen Warmwasserspeicher, der nicht in der Erde vergraben wird, sondern im Haus neben der Heizungsanlage steht. Solche Speicher werden aufwändig gedämmt, damit die Wärme aus dem Wasser eben nicht entweicht. Beim Eisspeicher dagegen lässt man das Wasser bewusst bis zur Eisbildung auskühlen. Damit kann man den Moment der stärksten Wärmeabgabe nutzen – eben die Phase der Eisbildung.
Im Sommer lässt sich der Eisspeicher auch zum Kühlen verwenden, zumindest dann, wenn er mit einer dafür geeigneten Wärmepumpe verbunden ist. Die Räume können dann mit der Kälte aus dem Eis temperiert werden. Oder richtiger gesagt: Überschüssige Wärme aus dem Gebäude fließt in den Eisspeicher, dessen Inhalt daraufhin nach und nach wieder auftaut. Dann beginnt der Kreislauf von Gefrieren und Auftauen – von Wärmeabgabe und Wärmeaufnahme – wieder von vorne.
