Eisspeicher

Wenn Wärme in einem isolierten Warmwasserspeicher gesichert wird, muss dieser Speicher eine gute Wärmedämmung haben, damit er kaum Wärme verliert. Dies ist ein Problem, wenn ein großer Wärmespeicher betrieben werden soll, um als saisonaler Speicher zu dienen  und in der herbstlichen Jahreszeit oder Winter erneut abzugeben. Bei einem in dieser Art großen Wärmespeicher wird die Wärmedämmung bekanntlich verhältnismäßig aufwendig, außerordentlich wenn er aufgrund seiner Größe abseits eines Gebäudes aufgestellt werden soll.

Das Prinzip des Eisspeichers

Das Programm des Eisspeichers löst dieses Problem folgendermaßen. Als Speicher dient ein großer Wassertank, der innerhalb niedrigen Temperaturen betrieben wird, z. B. inmitten 0 und 30 °C. Auf eine Wärmedämmung wird ausnahmslos verzichtet; die Zisterne wird mühelos in die Erde eingegraben und grenzt an der Oberfläche. Der Behälter liegt bis zu 3,5 meter unter der Erdoberfläche, und mit ein wenig Erde bedeckt. Das Ganze kann z. B. unter einem Parkplatz liegen. Da das niedrige Temperaturniveau des Speichers für eine direkte Verwendung für eine Zentralheizung und für Warmwasser nicht ausreicht, wird die Raumtemperatur via einer Wärmepumpe entnommen. Damit wandert die Wärme vom Eisspeicher in die Wohnung.

Wenn das Wasser im Speicher auf 0 °C abgekühlt ist, beginnt es zu gefrieren. Beim Gefrieren wird latente Wärme frei: Bei stetiger Wärmeentnahme bleibt die Raumtemperatur immerwährend während 0 °C, sinkt also nicht weiter ab; statt dessen friert das Wasser ein. Erst wenn alles Wasser gefroren ist, sinkt die Raumtemperatur anschließend weiter. Dieses Bild ist zwar ein bisschen idealisiert, da die Wärmeleitung im Wasser und Eis Temperaturunterschiede nicht unmittelbar ausgleichen kann, beschreibt die Vorgänge indessen leicht und genügend akkurat.

Obwohl die Wärmepumpe auch dem ganz eingefrorenen Speicher immer noch Wärme entziehen kann, wird ihre Leistungszahl und damit die Energieeffizienz dann reduzieren. Der Speicher muss also möglichst wieder “aufgeladen” (regeneriert) werden, wobei zum Schmelzen des Eises wieder die notwendige Wärmemengen zugeführt wird. Hierfür gibt es unterschiedliche Möglichkeiten:

  • Die Außenluft wird zum Regenerieren verwendet, solange sie wärmer ist als der Speicher (was auch im Winter normal ist). Beispielsweise kann dies über einen Luft-Wärmeabsorber mit einem laufruhigen Ventilator geschehen, der automatisch bei ausreichend hoher Außentemperatur aktiviert wird.

  • Wo Abwärme zur Verfügung steht, etwa von Abwässern oder Abluft einer Lüftungsanlage oder Duschwasser, kann auch diese genutzt werden.

  • Solange der Speicher kälter ist als das umgebende Erdreich, wird von dort Wärme übertragen. (Natürlich werden aber auch Wärmeverluste auftreten, wenn der Eisspeicher im Sommer mit Wärme aufgeladen wird.) Man beachte, dass die Temperatur im Erdreich in Mitteleuropa selbst in geringer Tiefe natürlicherweise kaum unter 0 °C abfällt. Wenn das Erdreich durch Sonneneinstrahlung aufgeheizt wird, wird dieser Effekt selbstverständlich verstärkt.

  • Sehr effizient  ist die zusätzliche Nutzung von Kälte aus einem Eisspeicher im Sommer. Der Eisspeicher kann im Sommer für die Klimatisierung eines Gebäudes Kälte entnehmen – das heist überschüssige Wärme  aus dem Haus einzuleiten und es damit passive zu kühlen und der Eisspeicher wird regeneriert, so dass dann wieder mehr Wärme entnommen werden kann. Der Kühlbetrieb kann daher über das Jahr hin sogar mehr Energie einsparen, als er benötigt und das kostenlos.

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