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25-03-2022 | Wärmespeicher | Im Fokus | Article

Erd-Eisspeicher ideal für effizientes Heizen und Kühlen

Author: Frank Urbansky

3:30 min reading time
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Mit Eisspeichern kann man dank des Nutzens der Kristallisationswärme heizen. Eine investiv weniger aufwendige Variante wären Erd-Eisspeicher. Diese werden derzeit in Schleswig praktisch getestet.

Das Heizen mit Eis ist kein Paradoxon, nur das Nutzen eines einfachen physikalischen Effektes. "Eisspeicherheizungen nutzen die Tatsache, dass Wasser zwischen dem flüssigen und dem festen Aggregatzustand Wärme abgeben kann. Im Winter wird Wasser aus einem Bassin mittels einer Wärmepumpe die Wärme entzogen, bis es gefriert. Im Sommer entzieht das Eis der Umgebung Wärme und taut wieder auf. Das Eis kann sogar zu Klimatisierungszwecken genutzt werden", beschreibt dies Springer-Vieweg-Autor Jörg Philipp Eric Petermann in seinem Buchkapitel Querschnittstechnologien auf Seite 122.

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2018 | OriginalPaper | Chapter

Querschnittstechnologien

In diesem Kapitel werden die wichtigsten Querschnittstechnologien und ihre größten Einsparungspotenziale beschrieben. Dabei ist es wichtig, die Vor- und Nachteile der jeweiligen Technologie möglichst genau zu kennen und unterscheiden zu können.

In Deutschland wurden schon weit über 2.000 solcher Eisspeicherheizungen installiert, auch und gerade in größeren Objekten. In ihnen gefriert das Wasser durch Wärmeentzug zu maximal 90 Prozent. Bei einem angenommenen Wasservolumen von 300 Kubikmetern wird dabei die gleiche Energiemenge freigesetzt wie bei der Verbrennung von 3.000 Litern Heizöl.

Mit Eisspeichern kann man im Winter nicht nur effektiv Wärme gewinnen, sondern auch im Sommer fast zum Nulltarif kühlen.

Dennoch ist die Technologie sehr kostenintensiv, da immer ein sehr großer Betonbehälter installiert werden muss. Techniker und Ingenieure sowie Forscher, unter anderem von Energie Plus Concept aus Nürnberg, der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, der TU Dresden und der RWTH Aachen, suchten deshalb nach einer günstigeren Variante und fanden sie im Erd-Eisspeicher.

Gleiches Wirkprinzip, geringere Investition

Dessen Funktionsprinzip ist das gleiche, nur nutzt er nicht die Kristallisationswärme des Wassers in einem Behälter, sondern direkt des Wassers, das im Erdreich gebunden wird. Dazu werden mehrere Sonden mindestens ein bis zwei Meter unterhalb der Erdoberfläche und in bis zu fünf Metern Tiefe direkt verlegt. Der Boden über dem Erd-Eisspeicher darf am besten nur mit Gras oder kleinen Pflanzen bewachsen sein, da die Wurzeln sonst mit der Zeit die Sonden zerstören würden. Zudem benötigen die Sonden die Niederschläge, die ins Erdreich eindringen, zur Regeneration.

In Schleswig wurde 2021 durch die Stadtwerke SH der erste deutsche Erd-Eisspeicher installiert, und zwar im neuen Wohngebiet Wichelkoppeln. Dem gingen mehrere Forschungsprojekte voraus, so die "+EINS – Plusenergiesiedlung Ludmilla Wohnpark Landshut", bei dem 2010 dreizehn Einfamilienhäuser mit Wärmepumpen ausgestattet wurden. Das Wohngebiet versorgt sich mit sogenannten oberflächennahen Erdwärmekollektoren (EWK).

Im Projekt "ErdEis – Erdeisspeicher und oberflächennahe Geothermie (ErdEis I)" wurde bis Ende März 2019 die Anlage überwacht und ausgewertet. Das folgende Programm "Erdeisspeicher und oberflächennahe Geothermie" (ErdEis II) läuft bis 2022 und hat auch das Projekt in Schleswig zum Inhalt.

Solarkollektoren für Regeneration

Hier werden 60 Baugrundstücke für Einfamilienhäuser, Doppelhaushälften und Reihenhäuser sowie eine Feuerwehrzentrale künftig mit Wärme aus zwei Erd-Eisspeichern versorgt. Ein Erd-Eisspeicher besteht aus vier Lagen in bis zu 5 Metern Tiefe und mit einer Fläche von 23 mal 23 Metern. Eine einlagige Referenzfläche umfasst 50 mal 25 Meter. Zum System gehören auch Solarkollektoren aus PET auf dem Dach der Feuerwache. Mit ihnen und der abgeführten Wärme aus den Wohngebäuden soll die Regeneration des Erd-Eisspeichers ab dem Frühjahr beschleunigt werden. Das ist übrigens auch bei Eisspeichern aus Beton üblich.

Die Wärme selbst wird in ein sogenanntes kaltes Nahwärmenetz mit einer durch die Umgebungswärme des Bodens bedingte Eigentemperatur von 4 bis 5 °C gespeist, an die alle Haushalte und die Feuerwache mittels Wärmepumpen angeschlossen sind.

Diese Art der Versorgung von Wärme und Kälte ist auch sehr kosteneffizient. "Nach den kostenlosen, da inhärenten thermischen Speichern vorhandener Gebäude sind die mit Abstand kostengünstigsten Energiespeicher Lager und Tanks für Erdöl und Erdölprodukte. Diese werden gefolgt von Erdgas- und Eisspeichern", benennt diesen Vorteil ein Springer-Vieweg-Autorenkollektiv um Oliver D. Doleski in seinem Buchkapitel Facetten der Dekarbonisierung auf Seite 58.

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