Innovative Wärmegewinnung: Eisspeicher als Ergänzung zur Wärmepumpe

• Wie funktioniert eine Wärmepumpe?
• Was sind die Vorteile der Wärmepumpe
• Wie funktioniert eine Wärmepumpe mit Eisspeicher?

Bereits 1912 meldet Heinrich Zoelly, ein Schweizer Ingenieur, ein Patent für eine geothermische Wärmepumpenanlage an. In Deutschland baute Klemens Oskar Waterkotte 1968 die erste erdgekoppelte Wärmepumpe für ein Einfamilienhaus in Kombination mit einer Niedertemperatur-Fußbodenheizung ein. Aufgrund der günstigen fossilen Brennstoffe wurde die Entwicklung der Technologie zunächst nicht weiterverfolgt. Seit den 90er Jahren hat man sich aufgrund des Bewusstseins über den Klimawandel und der Begrenztheit fossiler Brennstoffe wieder intensiver damit beschäftigt. Heutzutage sind mehr als die Hälfte der Neubauten mit einer Wärmepumpe ausgestattet.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Einfach ausgedrückt, funktioniert eine Wärmepumpe umgekehrt wie ein Kühlschrank. Der Kühlschrank leitet die Wärme nach außen ab, die Wärmepunkte nimmt die Wärme der Umgebung auf und leitet sie ins Haus. Dafür benötigt sie elektrische Energie. Wie im Kühlschrank wird die Wärme mittels Kältemittel transportiert.

Im Inneren der Wärmepumpe sorgt ein geschlossener Kreislauf für die Wärmeproduktion. Er besteht aus vier Arbeitsschritten, und zwar dem Verdampfen, Verdichten, Verflüssigen und Entspannen des Kältemittels. Das Kältemittel ist flüssig, bevor es die Wärme aufnimmt, diese wandelt es dann in einen gasförmigen Zustand um. Anschließend drückt der Kompressor das zusammen. Durch den Druck entsteht Wärme, die an den Heizungskreislauf abgegeben wird. Das abgekühlte Kältemittel wird wieder flüssig. Überschüssige Wärme wird in einem Pufferspeicher gespeichert.

Im letzten Schritt wird der Druck des flüssigen Kältemittels in einem Expansions- bzw. Entspannungsventil wieder herabgesetzt, wodurch es so weit abkühlt, bis die Ausgangstemperatur erreicht ist. Der Wärmepumpenkreislauf beginnt von Neuem. Je geringer die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Heizungssystem ist, desto effizienter arbeitet die Anlage.

Was sind die Vorteile einer Wärmepumpe?

Die Wärmepumpenheizung ist umweltfreundlich, da sie kostenlose Energiequellen der Umwelt, wie zum Beispiel Energie aus Erde, Luft oder Grundwasser, nutzt. Für den Betrieb benötigt sie nur geringe Mengen an Strom, den man mit Photovoltaik-Elementen erzeugen kann. Da sie ohne Verwendung fossiler Brennstoffen arbeitet, trägt sie außerdem zur Reduzierung des CO₂-Ausstoßes bei.

Im Vergleich zu einer Heizung mit Heizkörpern ist eine Wärmepumpe mit Fußbodenheizung wesentlich effizienter. Eine Fußbodenheizung kommt mit einem Vorlauf von 35 Grad Celsius aus, die Heizung mit Radiatoren braucht Vorlauftemperaturen von bis zu 70 Grad Celsius. Um die Wärmepumpenheizung möglichst wirtschaftlich zu betreiben, kommt es also auf das komplette Heizsystem an.

Mt Wärmepumpen kann man im Sommer sogar kühlen. Sie benötigen kaum Wartung und funktionieren zuverlässig. Auf alle Fälle sind Wärmepumpen ein zukunftsträchtiges Instrument, um die Energiewende und die Klimaziele zu erreichen. Betrachtet man die Preisentwicklung von Gas und Erdöl, sind sie ein günstiges Konzept, um Wärme zu erzeugen. Mit Hilfe von heizungsfinder.de hast du die Möglichkeit, unverbindlich bis zu fünf Angebote für eine Wärmepumpe* anzufragen. 

Wie funktioniert eine Wärmepumpe mit Eisspeicher?

Ergänzt man die Wärmepumpe mit einem Eisspeicher, hat man die Möglichkeit überschüssige Wärme zu speichern und im Bedarfsfall abzurufen. Der Eisspeicher ist im Prinzip ein großer Wassertank und wird circa vier Meter tief im Erdreich eingegraben. Er ist in Beton gegossen und frostsicher. Im Inneren der Zisterne befinden sich spiralenförmig angeordnete Leitungen, die mit einer frostsicheren Flüssigkeit gefüllt sind. Dabei handelt es sich um einen Entzugswärmetauscher und einen Regenerationswärmetauscher. Anschließend wird der Eisspeicher noch mit Wasser gefüllt.

Das Wasser in der Zisterne gibt seine Wärme an den Entzugswärmetauscher ab. Dadurch sinkt seine Temperatur und es gefriert allmählich, dabei entsteht Wärmeenergie, die dem Heizsystem zugeführt wird. Der Regenerationswärmetauscher führt der Zisterne dann wieder Wärme aus der Wärmepumpe zu. Durch die fehlende Isolierung um den Betonbehälter erwärmt sich zudem der Eisspeicher durch das umgebende Erdreich, dessen Temperatur im Jahresdurchschnitt bei 10 bis 12 °C liegt. Dadurch wird das Auftauen des Eiswassers beschleunigt. Eine Dämmung des Speichers ist nicht nötig, da die Erdwärme ein Gefrieren verhindert. Ist das Wasser wieder flüssig, lässt sich der Kreislauf beliebig oft wiederholen. Pro Kubikmeter Wasser kann der Eisspeicher ein KW Heizleistung liefern.

Das Konzept des Eisspeichersystems verbindet Luft- und Erdwärme miteinander und kann zusätzlich Sonnenenergie als Wärmequelle verwenden. Der Eisspeicher eignet sich für alle Gebäude mit hohem Wärme- oder Kältebedarf. Daher ist er vor allem für gewerbliche sowie kommunale Objekte und größere Wohneinheiten geeignet.