Auch aus Kälte selbst lässt sich Wärme gewinnen. Zumindest, wenn man sich die richtigen, chemischen Vorgänge aus der Natur zunutze macht. Wasser ist ein vielseitiger Stoff, der nicht nur zahlreiche Aggregatzustände kennt. Wasser dehnt sich ebenso beim Erhitzen wie dem Abkühlen aus. Erstarrt Wasser zu Eis, gibt es eine weitere, überraschende Eigenschaft des Prozesses, die sogenannte Kristallisationswärme. Die abgegebene Energie wenn sich Wasser zu Eis formt, entspricht dabei derselben Energiemenge, die nötig wäre, um einen Liter Wasser von 0 auf 80 Grad Celsius zu erhitzen. Folglich: Wer den Prozess für sich zu nutzen weiß, kann mit der freigesetzten Wärmeenergie auch heizen.
Aus Kälte Wärme gewinnen – so funktioniert die Eisspeicherheizung
Die Eisspeicherheizung nutzt gezielt die erneuerbaren Energiequellen aus der Umgebung, in dem sie sich sowohl der Erdwärme, der Luft als auch der Sonne bedient. Sie besteht aus zwei wichtigen Komponenten, die nötig sind, um die Kristallisationsenergie von Wasser nutzbar zu machen. Der eine Teil ist eine Sole-Wasser-Wärmepumpe, der andere ein im Erdreich vergrabener Wassertank. Beide Komponenten werden miteinander verbunden, um einen Kreislauf zu schaffen, in dem das Wasser aus dem Tank stetig seinen Aggregatzustand von flüssig zu fest und zurück ändert. Bei jedem dieser Wechsel produziert die Eisspeicherheizung Wärme, die man wiederum zum Beheizen eines Wohnhauses nutzen kann.
Das Kernstück der Eisspeicherheizung ist dabei der Speicherbehälter im Erdreich, der das Wasser enthüllt, das als Übertragungsmedium für die Wärme dient. Neben dem Wasser befinden sich im Inneren des Tanks zahlreiche kleine Leitungen, die eine Art Spiralsystem bilden. Darin zirkuliert eine frostsichere Flüssigkeit, die als zusätzliche Wärmeübertragungsfläche fungiert. Möglich wird das dank eines Entzugs- und Regenerationswärmetauschers. Er befähigt das Wasser, seinen Aggregatzustand zu ändern, indem er für die nötige Wärme oder Kühlung sorgen kann. Dadurch kann sich das System nicht nur zum Wärmen von Gebäuden nutzen lassen, sondern auch zum Kühlen. Dabei lässt sich die Eisspeicherheizung auf unterschiedlichen Größen skalieren, sodass sowohl ein einzelnes Wohnhaus als auch ein großes Geschäftsgebäude damit versorgt werden kann.
Erneuerbare Energien aus der Umgebung optimieren die Wärmegewinnung
Die Wärmepumpe entzieht dem Wasser über den Entzugstauscher stetig seine Energie bis die Temperatur des Wassers so weit heruntersinkt, dass die Kristallisationsenergie freigesetzt wird. Sie kann dann zum Heizen oder zur Warmwasseraufbereitung verwendet werden. Danach springt der Regenerationswärmetauscher im Wassertank ein und heizt das Wasser mit Wärme aus dem Erdreich erneut auf, sodass es wieder in flüssiger Form vorhanden ist, um den Prozess erneut zu beginnen. Dabei können weitere Wärmequellen aus erneuerbaren Energien wie Solarenergie hinzugenommen werden, um den Prozess zu optimieren. Für einen möglichst großen Gesamteffekt aus erneuerbaren Energien kombiniert man die Eisspeicherheizung häufig mit einem sogenannten Solar-Luftabsorber.
Dieser befindet sich in der Regel auf dem Dach oder den Außenwänden eines Gebäudes, um Wärme aus der dortigen Umgebungsluft aufzunehmen. Setzt man auf dieses Dreiergespann, kann man den Eisspeicher selbst kleiner dimensionieren, wodurch seine Anschaffung weniger Kosten verursacht. Wie man an der Kombination aus Komponenten bereits erahnen kann, ist die Eisspeicherheizung keine günstige Lösung. Bei einem Einfamilienhaus muss man bereits mit Kosten von 17.000 Euro oder mehr rechnen. Abhängig von der Größe und der Art des Gebäudes können die Kosten jedoch auch wesentlich höher ausfallen. Die Größenordnungen reichen von zehn Kubikmetern Fassungsvermögen, was 10.000 Liter Wasser entspricht, bis in den vierstelligen Kubikmeter-Bereich. Der zurzeit größte Eis-Energiespeicher in Deutschland umfasst 1.700 Kubikmeter und steht in einem Freizeitzentrum in Lindlar.
