Heiß durch Eis - isocal HeizKühlsysteme GmbH

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Heiß durch Eis - isocal HeizKühlsysteme GmbH

Bauen & Wohnen

Solareisspeicher

Heiß durch Eis

Mit Eis das Haus wärmen? Was absurd klingt, funktioniert tatsächlich.

Denn Eisspeicher nutzen Zusatzenergie, die beim Gefrieren von Wasser frei wird.

Doch die tonnenschweren Betonteile speichern auch die Wärme von Sonne, Erde und Luft.

Langsam senkt sich der

Betonkoloss in die Grube.

Was aussieht wie eine

etwas zu groß geratene

Regenwasser zisterne ist eines

der spannendsten Bauteile

für Heizanlagen, die in den

letzten Jahren auf den Markt

gekommen sind. Denn Solareisspeicher

können Wärmepumpen

ebenso effektiv mit

Umweltwärme versorgen wie

Erdsonden, für die bis zu 100

Meter tiefe Löcher gebohrt

werden müssen.

In den 3,6 Meter hohen Betonzylinder

mit 2,70 Meter

Durchmesser installieren die

Monteure ein Paket aus verschlungenem

Kunststoffrohr,

das aussieht wie überdimensionierte

schwarze Spaghet­

ti. Das in etlichen Windungen

montierte Rohr ist ein großflächiger

Wärmetauscher und

stellt die Verbindung zu einer

Wärmepumpe im Haus her.

Umgeben ist es von Trinkwasser,

in seinem Innern zirkuliert

eine Mischung aus Wasser und

dem Frostschutzmittel Glykol.

10.000 Liter Wasser passen

in einen Solareisspeicher

für ein Einfamilienhaus. Seine

Aufgabe ist es, Umwelt energie

zu speichern. Und zwar nicht

mit möglichst hohen Temperaturen,

sondern meist zwischen

null und etwa zehn Grad

Celsius. Die Idee dahinter: Es

ist wirtschaftlicher, Wärme

auf niedrigem Niveau zu speichern,

als hohe Verluste des

Speichers hinzunehmen. Wird

die Wärme mit höheren Temperaturen

für Heizung und

Warmwasser benötigt, bringt

die Wärmepumpe diese Energie

auf ein höheres Temperaturniveau.

Wie immer bei Wärmepumpen

geschieht das am effektivsten,

wenn der Unterschied

zwischen der Umwelttemperatur

und der Temperatur des

Heizwassers möglichst klein

ist. Voraussetzung für einen

wirtschaftlichen Betrieb ist

also ein gut bis sehr gut gedämmtes

Haus mit einer Flächen­,

sprich einer Fußboden­

oder Wandheizung. Dann

reichen etwa 35 Grad im Heizkreislauf

aus, um angenehme

Raum temperaturen sicherzustellen.

Für ungedämmte

Alt bauten sind Wärmepumpen,

egal mit welcher Wärmequelle,

also das falsche Heizsystem.

Heizen mit den Elementen

Die Wärme der Sonnenstrahlen

vom Sommer in den Herbst

und Winter zu retten, wird

schon seit Jahrzehnten versucht.

Bekannteste Variante

sind die Sonnenhäuser, in die

große Tanks mit mehreren

Tausend Litern Inhalt integriert

sind. Und solare Nahwärmenetze

verfügen über große

Erdspeicher, in denen der

Wärmeüberschuss der Sommersonne

in die Übergangszeit

konserviert werden soll.

Nachteil dieser Systeme sind

Fotos: Viessmann (2)

138 ÖKO-TEST 2 | 2013

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UNABHÄNGIG

UMWELTFREUNDLICH

NACHHALTIG

EINZIGARTIG

Junge Technik, großes Potenzial

Stückzahlen

Noch bewegt sich der Marktanteil der Solareisspeicher im Promillebereich. Nach Herstellerangaben

wurden bislang insgesamt rund 430 Anlagen für Einfamilienhäuser gebaut.

Dazu kommen individuelle Großanlagen für Hotels, Kommunal- und Gewerbebauten

sowie Wohnungsunternehmen.

Wärmepumpen

Der Solareisspeicher ist mit Wärmepumpen unterschiedlicher Hersteller kombinierbar.

Voraussetzung ist, dass diese im Solekreislauf, der die Umweltwärme aufnimmt,

mit Vorlauftemperaturen bis minus zehn Grad Celsius zurechtkommt. Informationen

beim Hersteller www.isocal.de

Paketlösung

Wie zukunftsträchtig die Technologie bewertet wird, zeigt die kürzlich erfolgte Mehrheitsbeteiligung

des Heiz technik konzerns Viessmann am Hersteller Isocal. Viessmann

bietet die Speichertechnik in Verbindung mit seinen Wärmepumpen als Komplettpaket

an. www.viessmann.de

Preis

Laut Hersteller ist ein Eisspeicher in etwa so teuer wie eine vergleichbare hochwertige

Erdwärmesonde, deren Preise allerdings regional sehr unterschiedlich sind. Gegenüber

dem bundesweiten Durchschnittspreis von Erdsonden nennt der Hersteller

Mehrkosten von bis zu zehn Prozent. Inklusive Anschlussarbeiten kostet der Speicher

circa 12.800 Euro ohne Wärmepumpe.

Kühlen

Vor allem bei Gewerbe- und Bürogebäuden lässt sich der Solareisspeicher im Sommer

auch zum Kühlen verwenden. In Einfamilienhäusern ist das auch mit einer Zusatzoption

möglich.

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die vergleichsweise hohen

Wärmeverluste, welche die

mit Temperaturen bis zu

80 Grad betriebenen Speicher

haben. Das passiert

bei einem Solareis speicher

nicht, im Gegenteil. Denn

durch die ungedämmte Betonwand

dringt auch die

Wärme des umgebenden

Erdbodens, auch wenn

diese Wärmequelle übers

Jahr mit acht bis elf Prozent

den kleineren Teil der

gewonnenen Umweltenergie

ausmacht. Der größte

Teil kommt von einfachen

Solar­Luft­Kollektoren. Die

haben wenig mit den üblichen

Sonnenfängern für

thermische Solaranlagen

mit ihren glasbedeckten

Aluminiumkästen zu tun.

Es handelt sich vielmehr

um einfache schwarze

Kunststoffrohre, die von

einer Wärmeträgerflüssigkeit

durchströmt werden.

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Bauen & Wohnen

Solareisspeicher

Wärmepumpenanlage mit Eisspeicher

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4

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Eine Wärmepumpe mit Solareisspeicher nutzt die Energie der

Sonne (1) und der Außenluft (2) über die Solar-/Luft-Absorber (4).

Die gewonnene Wärme wird zuerst direkt an die Wärmpumpe

(5) geliefert. Steht mehr Energie zur Verfügung, als die Wärmepumpe

benötigt, wird der Solareisspeicher (6) aufgewärmt und

vorhandenes Eis geschmolzen. Der Speicher liefert dann (zusätzliche)

Wärme, wenn Luft und Sonne wenig oder gar nichts

beitragen. Die Wärme des Erdbodens (3) dringt durch die Betonwände

des Speichers und wird ebenfalls genutzt.

3

Grafik: Viessmann

gem Niveau, und zwar aus

der Erde, der Sonne, der Luft,

dem Wasser und eben dem

gefrierenden Eis. Dadurch erreichen

Wärmepumpen gute

Jahresarbeits zahlen (JAZ)

von mehr als 4,0.“ Die Jahresarbeitszahl

gibt an, wie viel

Umweltenergie eine Wärmepumpe

pro verwendeter Kilowattstunde

Strom gewinnt

und gilt als Gradmesser für deren

Effektivität. Gute Wärmepumpen

anlagen mit bis zu

hundert Meter tiefen Erdsonden

erreichen nach einer Studie

des Freiburger Fraunhofer

Instituts für solare Energiesysteme

(ISE) Jahres arbeitszahlen

von 4,0. Viele bleiben

allerdings unter der Marke,

die von Experten als Grenze

für umweltfreundlichen und

wirtschaftlichen Betrieb angesehen

wird. Einen Unter schied

zwischen dem Solareisspeicher

und einer Erdsondenbohrung

oder auch großflächig im

Boden vergrabenen Erdkollektoren

sieht Experte Heiko

Lüde mann in der Berechenbarkeit.

Während man bei Erdson

den und ­kollektoren erst

hinterher genau wisse, wie viel

Energie man aus dem Boden

ziehen kann, ist die Leistung

des Speichers immer gleich.

Im ersten Halbjahr 2013 will

das Unternehmen eine Studie

mit Vergleichs zahlen von

etwa einem Dutzend Einfamilienhaussanlagen

vorlegen.

Sie soll die Leistungsfähigkeit

der Speicher zu sätzlich untermauern.

Keine Genehmigung,

keine Risiken

Auch dass man für den Solareisspeicher

im Gegensatz zur

Erdwärmebohrung keine Ge­

vor allem Wärme der Luft auf,

die rund um die Uhr zur Verfügung

steht. Scheint die Sonne,

wird diese Energie selbstverständlich

auch genutzt und

an die Wärmepumpe weitergegeben.

Der Clou der noch recht jungen

Technik ist aber die Nutzung

der Kristallisationsenergie

beim Gefrieren von Wasser

zu Eis. Der physikalische Effekt

der Kristalli sationswärme

bringt etwa zehn Prozent zusätzliche

Energie und bescherte

dem mit zahlreichen

Umwelt preisen ausgezeichneten

Verfahren eine hohe

Aufmerk samkeit. Über die

freut sich Heiko Lüdemann,

Geschäftsführer des Herstellers

Isocal zwar, Slogans wie

„Heizen mit Eis“ sind für den

Fachmann aber nur die halbe

Geschichte. „Unsere Technik

nutzt Wärme auf niedrinehmigung

braucht und für

Reparaturen stets Zugriff auf

die Technik habe, sieht der

Hersteller als Vorteil an. So

kann der Wärmespeicher auch

in Wasserschutzgebieten ohne

Probleme eingesetzt werden.

Und in geologisch schwierigen

Gebieten entgehen Bauherren

dem Risiko, durch Erdwärmebohrungen

Gebäudeschäden

in der Nachbar schaft auszulösen.

Vor allem in Baden­Württemberg

ist es in den vergangenen

Jahren mehrfach zu

Geländehebungen und ­senkungen

gekommen, die teilweise

millionenteure Risse in

Gebäuden zur Folge hatten.

Das Umwelt ministerium des

Landes hat deshalb die Auflagen

zur Qualitätssicherung bei

Erdwärmebohrungen deutlich

verschärft und den Bohrunternehmen

hohe Versiche rungssummen

aufgebürdet.

140 ÖKO-TEST 2 | 2013

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Für den Einbau eines Solareisspeichers

ist dagegen

lediglich ein rund 3,5 Meter

tiefes Loch mit einem Durchmesser

von unten 3,20 Meter

notwendig. Das kann man

beim Neubau gleich mit ausbaggern

lassen. Insgesamt

wiegt der Eisspeicher 8,5

Tonnen ohne Wasser. Deshalb

ist eine Zufahrt für den

Liefer­Lkw notwendig oder

ein Kran. Bei Altbauten können

die Erdarbeiten ein Hindernis

darstellen, vor allem

in beengten Innenstadtlagen.

Hersteller Isocal setzt hier auf

zukünftige Kooperationen mit

Herstellern oder Wartungsfirmen

für in der Erde vergrabene

Öltanks. Werden diese

ausgebaut, könnte ein Solareisspeicher

die ent stan dene

Grube nutzen.

Lieferbar sind Speicher mit

sechs, acht und zehn Kilowatt

Leistung, die miteinander

kombiniert werden können.

Werden zum Beispiel 16 Kilowatt

Leistung benötigt, lassen

sich zwei Speicher mit acht Kilowatt

kombinieren, maximal

sind 20 Kilowatt möglich. Das

reicht auch für gut gedämmte

Zwei­ und Dreifamilienhäuser.

Die Leistung der Wärmepumpe

und des Speichers muss

möglichst genau auf die nötige

Heizleistung des Gebäudes abgestimmt

werden, damit das

System effizient arbeitet. Verkauft

werden komplette Systeme

inklusive Solar kollektor,

Steuerung und Solareisspeicher.

Voraus setzung ist zudem

ein gesonderter Warmwasserspeicher,

in dem heißes Wasser

zum Baden und Duschen

bevorratet wird. Ein elektrischer

Heizstab sichert die

Wärme ver sorgung, sollte die

Wärmepumpe oder der Solareisspeicher

ausfallen.

Volker Lehmkuhl

KWK-Wochenende

vom 22. bis 24. Februar

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Gewerbetreibende haben

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Dachs Besitzer und Fachhandwerker in ganz Deutschland zeigen

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Fotos: Viessmann (2)

Kristallisationswärme

Wie kann das sein, heizen mit Eis? Grundlage ist der physikalische

Effekt der Kristallisationswärme. Der Energiegehalt von Wasser ist

begrenzt und liegt bei 1,163 Wattstunden pro Kilogramm Wasser

und Kelvin Temperaturunterschied (Wh/[kg K]). Wird also ein Liter

Wasser um 1 Kelvin abgekühlt, werden 1,163 Wh Energie frei. Die

Wärmepumpe entzieht dem Wasser im Speicher nach und nach

Einfamilienhäuser werden von Solareisspeichern in Standardgröße versorgt. Rund um

den Wärmetauscher im Innern des Betonzylinders friert das Wasser zu Eis.

diese Wärmeenergie und kühlt es bis auf null Grad Celsius ab.

Wird weiter Wärme entzogen, fängt das Wasser an zu gefrieren.

Dieser Wechsel von Wasser zu Eis bringt einen weiteren Energiegewinn.

Die Temperatur bleibt zwar konstant bei null Grad Celsius,

doch es werden weitere 93 Wh/(kg K) Kristallisations energie

frei, die von der Wärmepumpe genutzt werden können. Das ist

die gleiche Energiemenge, die frei wird,

wenn Wasser von 80 °C auf 0 °C abgekühlt

wird. Das Eis bildet sich gleichmäßig

rund um die Kunststoffrohre des Wärmetauschers.

Die Eisschicht behindert

zwar die Wärmeaufnahme, da sich durch

das Eis aber die Oberfläche vergrößert,

bleibt die Leistung gleich. Steht über die

Sonnen-Luft-Kollektoren oder Erdwärme

wieder überschüssige Energie zur Verfügung,

wird das Eis nach und nach aufgetaut

und die Wärmegewinnung aus der

Eiskristallisation kann von Neuem beginnen.

Die Steuerelektronik soll verhindern,

dass der Speicher ganz durchfriert,

indem überschüssige Umweltwärme in

den Speicher geleitet wird. Kommt das

wetterbedingt in selte nen Fällen trotzdem

vor, übernimmt der Elektroheizstab

für kurze Zeit die Beheizung.

ÖKO-TEST 2 | 2013 141

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