Eisspeicher


Eisspeicher

Eisspeicher, die innovative Energiequelle für Wärmepumpen

Ein Eispeichersystem ist durchaus als Alternative zu Erdsonden und Erdkollektoren zu sehen. Wärmepumpen nutzen Luft- und Erdwärme mit niedrigem Temperaturniveau und wandeln diese durch den Kältekreisprozess in Temperaturen zum Heizen. Das neue Konzept des Eisspeichersystems kombiniert Luft- und Erdwärme und kann zusätzlich solare Ein-strahlung als Wärmequelle nutzen.

Das Herzstück des Eisspeichersystems bildet der Eisspeicher-behälter. Er dient als Primärquellenpuffer und ist mit Wasser als Speichermedium gefüllt. Der Energiegehalt von Wasser ist begrenzt und liegt bei 1,163 Wh/(kg · K). Wird also ein Liter Wasser um 1 Kelvin abgekühlt, werden 1,63 Wh Energie frei. Durch die Wärmepumpe wird dem Eisspeicher diese Wärmeenergie nach und nach entzogen und das Wasser bis auf 0°C abgekühlt. Der bei weiterer Energieentnahme entstehende Vereisungsprozess ist gewollt, denn der Phasenwechsel von Wasser zu Eis bringt einen weiteren Energiegewinn. Hierbei bleibt die Temperatur zwar konstant bei 0°C, doch es werden weitere 93 Wh/(kg · K) Kristallisa-tionsenergie frei, die von der Wärmepumpe genutzt werden können. Das entspricht der frei werdenden Energiemenge, wenn Wasser von 80°C auf 0 °C abgekühlt wird. Die Eisbildung beginnt um den Entzugswärmetauscher und setzt sich von innen nach außen fort. Diese Eisschicht am Kunststoffrohr erzeugt einen zusätzlichen Widerstand für die Wärme-leitung vom Speichermedium zum Solekreis der Wärme-pumpe. Durch die Anordnung der Wärmetauschrohre im Eisspeicher vergrößert sich ihre Oberfläche während der Eisbildung kontinuierlich.
Diese Oberflächenvergrößerung durch das Eiswachstum und die gleichzeitige Vergrößerung des Wärmeleitwiderstandes finden in etwa proportional statt. Es wird über die größere Oberfläche mehr Wärme aufgenommen aber schlechter zur Soleflüssigkeit weitergeleitet – der Wärmestrom bleibt durch diesen Zusammenhang nahezu konstant. Die durch den Solar-Luftabsorber gewonnene Energie-menge wird durch den Regenerationswärmetauscher dem Speichermedium zur Verfügung gestellt und erwärmt das Wasser bzw. taut das Eis wieder auf.

Neben der Wärme aus dem Solar-Luftabsorber bezieht der Eisspeicher auch Erdwärme. Sobald die Speicherwassertem-peratur unter das Temperaturniveau des umgebenden Erd-reichs sinkt, nimmt der Speicher Erdwärme auf. Ist der Spei-cher vereist, strömt trotzdem noch Wärme aus dem Erdboden nach, um als Wärmequelle zu dienen. Die Höhe des Energieertrags richtet sich nach der Bodenbeschaffenheit.Im Sommer wird dagegen über die Oberfläche des Speichers Wärme an das Erdreich abgegeben. Somit stellt sich ein automatischer Regeleffekt ein, der eine Überhitzung des Speicherinhalts im Sommer verhindert.

Kühlen mit dem Eisspeichersystem
Eine sinnvolle Möglichkeit zur Optimierung des Eisspeichersystems ist die Nutzung des Eisspeichers zur natürlichen Kühlung im Sommer. Dafür wird der Eisspeicher zum Ende der Heizperiode vollständig vereist, indem die Regeneration des Speichers unterbrochen wird. Das dann gebildete Eis steht als natürliches Kühlwasserreservoir zur Verfügung.
Über den Entzugswärmetauscher wird die Wärme aus dem Gebäude dem Eisspeicher zugeführt. Dabei schmilzt das Eis bzw. das Wasser wird erwärmt.