Wie funktioniert- ein Eisspeicher?

Wärme speichern mit Eis: Was zunächst paradox klingt, kann eine wirtschaftliche und klimafreundliche Alternative für das ganze Jahr sein. Denn Eisspeicher dienen sowohl zum Heizen im Winter als auch zum Kühlen im Sommer.

Das Konzept

Eisspeicher nutzen die sogenannte latente Wärme, die beim Übergang zwischen festem Eis und flüssigem Wasser umgesetzt wird. Um Eis über den Schmelzpunkt bei null Grad Celsius hinaus zu erwärmen, ist nämlich weit mehr Energie nötig, als bei einer genauso großen Temperaturänderung bei gleichbleibendem Aggregatszustand. Denn um festes Eis flüssig zu machen, müssen die Anziehungskräfte zwischen den Wassermolekülen in den Eiskristallen überwunden werden. Wenn daher ein Kilogramm Eis geschmolzen werden soll, muss diesem etwa so viel Wärme zugeführt werden, wie für die Erhitzung derselben Wassermenge von 0 auf 80 Grad nötig wäre. Umgekehrt muss dem Wasser die entsprechende Menge an Wärme entzogen werden, um es wieder in den festen Aggregatszustand zu bringen.

Um dieses Prinzip für die Wärmespeicherung nutzbar zu machen, wird bei Einfamilienhäusern ein Speichertank von zehn bis zwölf Kubikmetern Volumen im Erdreich von einem bis vier Meter Tiefe vergraben und einmalig mit Leitungs- oder Grundwasser gefüllt. Die im Wasser vorhandene Wärme kann diesem mithilfe einer Wärmepumpe solange entzogen werden, bis der Eisspeicher komplett durchgefroren, d.h. entleert ist. Gefüllt hingegen wird ein Eispeicher meist mit überschüssiger Wärme aus Solarkollektoren, die das Eis zum Schmelzen bringt und ggf. auch darüber hinaus erwärmt. Ein voller Eisspeicher ist daher mit warmem, flüssigem Wasser gefüllt. Als zusätzliche, kontinuierliche Wärmequelle dient auch das Erdreich um den Speicher herum, da unter einem Meter Tiefe das gesamte Jahr über Temperaturen deutlich über null Grad Celsius herrschen.

Heizen im Winter

Zu Beginn der Heizperiode ist das Wasser im Eisspeicher vollständig aufgetaut und hat eine Temperatur von bis zu 45 Grad. Solange die Solarkollektoren genügend Wärme für Heizung und Warmwasser bereitstellen, bleibt der Speicher unangetastet. Da jedoch besonders im Winter die Sonneneinstrahlung gering ist, beginnt die Wärmepumpe dem Speicher Wärme zu entziehen und ins Heizsystem zu leiten, so dass die Wassertemperatur im Speicher allmählich sinkt. Sobald dort der Gefrierpunkt erreicht ist, wird dem Wasser die latente Wärme entzogen. Der Eisspeicher gefriert nach und nach.

Da stets eine gewisse Menge an Wärme aus dem umgebenden Erdreich nachfließt, kann der Speicher auch im Winter geladen werden. Überschüssige Solarwärme wird ebenfalls in den Speicher geleitet. Zum Ende der Heizperiode jedoch wird der Speicher vollständig vereist, um die Kälte im Sommer nutzen zu können.

Kühlen im Sommer

Der zum Ende der Heizperiode durchgefrorene Eisspeicher steht im Sommer zur Kühlung des Gebäudes bereit. Dafür wird das Wasser in den Heizungsrohren durch den Eisspeicher geleitet und gekühlt. Die so abgegebene Wärme aus dem Gebäude bringt den Eisspeicher nach und nach zum Abschmelzen.

Für die Warmwasserversorgung in dieser Zeit sorgen überwiegend die Solarkollektoren. Nur im Einzelfall wird die Wärmepumpe betrieben, um Wärme aus dem Speicher zu holen.

Im Laufe des Sommers schmilzt das Eis im Speicher, bis es zu Beginn der neuen Heizperiode vollends zu warmem Wasser geworden ist.

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