Ein Eisspeicher ist ein Wärmespeicher, der den Phasenwechsel von Wasser zu Eis nutzt. Gefriert ein Kilogramm Wasser, werden rund 334 Kilojoule oder etwa 93 Wattstunden Kristallisationsenergie frei — fast so viel, wie zum Erwärmen derselben Wassermenge von null auf achtzig Grad Celsius nötig wäre. Diese verborgene Wärme macht den Eisspeicher zur leistungsfähigen Quelle für eine Wärmepumpe.
Aufbau
- Unterirdischer Wassertank: ein Betonbehälter oder eine Zisterne im Erdreich, der als Speichermedium dient.
- Solar-Luftabsorber oder PVT-Kollektoren: Sie nehmen im Sommer Wärme aus Sonneneinstrahlung und Umgebungsluft auf und laden den Tank.
- Wärmepumpe: meist eine Sole-Wasser-Wärmepumpe, die dem Speicher die Wärme entzieht.
Weil der Speicher Wärme um den Gefrierpunkt herum vorhält, kann auch die Solaranlage im Winter Niedertemperaturwärme sammeln und über den Speicher an die Wärmepumpe liefern. Eine Tiefenbohrung und die dafür nötige Genehmigung entfallen; nachteilig ist der Platzbedarf im Garten.
Vier Energiequellen in einem System
Ein Eis-Energiespeichersystem bezieht seine Wärme aus Umgebungsluft, solarer Einstrahlung, Kristallisationsenergie und Erdwärme. Der letzte Anteil kommt ins Spiel, sobald das Speicherwasser kälter ist als das umgebende Erdreich: Dann nimmt der Speicher Wärme aus dem Boden auf, wobei die Höhe des Ertrags von der Bodenbeschaffenheit abhängt. Im Winter entzieht die Wärmepumpe dem Wasser so lange Wärme, bis es gefriert und dabei zusätzliche Energie freisetzt — genau in den kalten Winternächten, in denen die Luft allein zu wenig liefert.
Kühlen im Sommer
Derselbe Aufbau dient der Kühlung: Über die Wärmepumpe lässt sich das Gebäude aktiv kühlen, oder der Speicher wird als Kältequelle genutzt. Wird Wärme in den kühleren Untergrund geführt, steht ein Teil davon im Winter wieder zur Verfügung. Damit verbindet der Eisspeicher die Funktionen von Wärmequelle und Kältespeicher — anders als ein Kaltwassersatz, der Kälte ausschließlich erzeugt.
Dimensionierung, Effizienz und Kosten
Bei ausreichend großen PVT-Kollektoren ist der Eisspeicher nicht zwingend nötig; als zusätzliche Wärmequelle für kalte Winternächte reichen in solchen Systemen schon Volumina um 1000 Liter für Wärmepumpen bis zehn Kilowatt. Auch Zisternen mit Regenwasser lassen sich als latenter Speicher nutzen, ebenso Kies-Wasser- oder Paraffinspeicher.
Für die Effizienz gilt dieselbe Kennzahl wie bei jeder Wärmepumpe: die Jahresarbeitszahl über das gesamte Jahr. In der Praxis werden für Eisspeicher-Wärmepumpen meist Werte zwischen 3,5 und 4,5 genannt; höhere Angaben gelten nur unter optimalen Bedingungen. Als Kostenrahmen für eine Anlage mit etwa sieben Kilowatt nennt die Branche rund 5000 bis 6000 Euro für den Speicher selbst, mit Erdarbeiten und Kollektoren etwa 10000 Euro.
Abgrenzung
Der Eisspeicher ist ein Latentwärmespeicher und damit etwas anderes als der sensible Pufferspeicher: Er speichert nicht über die Temperaturänderung des Wassers, sondern über dessen Phasenwechsel. Als Wärmequelle tritt er in Konkurrenz zur Erdwärmesonde, die über die konstante Erdwärme arbeitet, aber gebohrt werden muss. Für die Auslegung ist zu beachten, dass eine unterkühlte Schmelze ohne Kristallisationskeime nicht von selbst erstarrt — in technischen Anlagen setzt man deshalb Keimbildner zu.
Verwandte Grundlagen: Wärmepumpe · Erdwärmesonde · Jahresarbeitszahl · Wärmespeicher