Die klassischen Energiequellen für Wärmepumpen sind die Umgebungsluft, Erdwärme oder die Energie des Grundwassers. Es gibt jedoch noch weitere Varianten der Nutzung von natürlichen Energievorräten durch Wärmepumpen angeboten, die auf den ersten Blick exotisch erscheinen – aber große Vorteile bieten. Zudem sind die dabei genutzten Prinzipien und physikalischen Gesetze interessant, so dass es allein schon deshalb lohnt, sich damit zu beschäftigen.
Die FfE Forschungsstelle für Energiewirtschaft e. V. München untersuchte in einer Studie verschiedene Möglichkeiten des Einsatzes von Wärmepumpen und kam dabei zu überraschenden Ergebnissen. Rund 17 Millionen der insgesamt 19 Millionen Wohngebäude in Deutschland wurden dazu mithilfe von Algorithmen analysiert und die Potenziale für den Einsatz folgender Technologien berechnet:
- Luft-Wärmepumpe: 65 %
- Erdsonden-Wärmepumpe: 47 %
- Erdkollektor-Wärmepumpe: 24 %
- Solar-Eisspeicher-Wärmepumpe: 37 %
Da sich die Einsatzmöglichkeiten der einzelnen Lösungen überschneiden, ergibt sich, dass 75 % der Gebäude sich mithilfe mindestens einer dieser Technologien beheizen ließen.
Nun sind Luft-, Wasser- und Erdwärmepumpen bekannte und auch den meisten Menschen verständliche Lösungen: Hier wird nach dem Prinzip des „umgepolten Kühlschrankes“ Umgebungsenergie aus der Luft, dem Grundwasser oder dem Erdreich „herausgepumpt“. Eisspeicher-Heizungen sind hingegen etwas raffinierter aufgebaut und erscheinen auf den ersten Blick als exotische Lösungen. Aber immerhin, sie kommen für beträchtliche 37 % der Gebäude in Frage…
Und das hat gute Gründe. Bei diesen Heizungen nutzen die Wärmepumpen nämlich eine Energiequelle, die sich aus einem physikalischen Phänomen ergibt: Der Kristallisationswärme. Diese Energie, die auch als latente (verborgene) Energie bezeichnet wird, setzt Wasser bei 0°C frei, wenn es gefriert, also vom flüssigen in den festen Zustand kristallisiert – und zwar in beträchtlicher Menge. Die Wärme, die während des Gefrierprozesses bis zur vollständigen Erstarrung des gesamten Wasservorrates verfügbar wird, würde ausreichen, um diesen von 0 auf 80°C zu erhitzen.
Diese Energie wird mit einer Sole-Lösung, welche bei 0°C noch nicht gefriert, abgeführt, und gelangt dann in eine Sole-Wasser-Wärmepumpe, wie sie auch bei der Energiegewinnung aus dem Erdreich eingesetzt wird.
Nun muss das Eis im Eisspeicher wieder aufgetaut werden. Dazu wird der Wärmestrom aus der Umgebung, dem Boden und der Luft genutzt, meist ergänzt durch eine Solarthermie-Anlage auf dem Dach des Gebäudes. Die Sonnenenergie und die Wärme aus der Umgebung schmelzen das Eis im Eisspeicher – und der Zyklus kann von neuem beginnen.
Neben der Heizung und ganzjährigen Warmwasserbereitung eignet sich das System auch besonders gut zur Gebäudekühlung im Sommer. Zu diesem Zweck wird die Wärme aus dem Gebäudeinneren in einem Pufferspeicher zwischengelagert, um später wieder zu Heizzwecken zur Verfügung zu stehen.
Eine Eisspeicherheizung kann in einem breiten Leistungsbereich eingesetzt werden, von kleinen Einfamilienhäusern bis hin zu großen Wohn- und Gewerbegebäuden. Ihre
Leistungsfähigkeit hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie zum Beispiel der Größe des Eisspeichers, der Leistung der Wärmepumpe und dem Wärmebedarf des Gebäudes. In der Regel können Eisspeicherheizungen für Heizleistungen von einigen Kilowatt bis hin zu mehreren hundert Kilowatt ausgelegt werden.
Für Einfamilienhäuser mit einem Wärmebedarf von 5 bis 15 Kilowatt sind Eisspeicher-Systeme in der Regel gut geeignet. Bei größeren Gebäuden oder Anwendungen mit höherem Wärmebedarf können auch mehrere Eisspeicher miteinander kombiniert werden, um eine höhere Heizleistung zu erzielen.
Eisspeicherheizungen werden von verschiedenen Herstellern angeboten. Die meisten installieren auch die Eisspeicher als Teil des Systems. Hierzu gehören beispielsweise Vaillant, Viessmann, Stiebel Eltron, Alpha Innotec, Bosch, Daikin, Mitsubishi Electric, NIBE und Panasonic.
Die Investitionskosten für Eisspeicherheizungen sind zwar höher als die für herkömmliche Wärmepumpensysteme, aber dafür fallen geringe Betriebskosten an.
