Gefrierendes Wasser macht das Heizen und Kühlen wirtschaftlich

Februar 2013
Die unterirdische Zisterne speichert im Sommer die regenerative Wärme, mit der im Winter 483 Wohnungen beheizt werden, Foto: EBV

Mit einer Kombination aus Wärmepumpe und solarem Eisspeicher lassen sich gleichzeitig mehrere regenerative Energiequellen nutzen: Sonne, Luft, Erde, Wasser und Eis. Zwei Wohnungsunternehmen bauen derzeit die weltweit größten Eisspeicherheizungen – und versprechen Mietern dauerhaft günstige Nebenkosten.

Der Nachteil solarer Energie besteht darin, dass sie nicht immer zur Verfügung steht, besonders dann nicht, wenn der Wärmebedarf im Winter am größten ist. Eine konsequente Energiewende braucht also neue Speichertechniken. Der solare Eisspeicher könnte hier einen wichtigen Baustein bilden. Dieses System macht es möglich, die Wärme des Sommers im Winter zum Heizen und die Kälte des Winters im Sommer zum Kühlen zu nutzen. Die Redaktion der IVV hat in Hamburg-Harburg einen der größten Eisspeicher der Welt besichtigt.

Versprochen: 50 % weniger Heizkosten

Die Eisenbahnbauverein Harburg eG (EBV) hat sich entschlossen, 483 Wohnungen einer alten Bestandssiedlung im Stadtteil Wilstorf bis 2014 an eine Eisspeicherheizung anzuschließen. Der größte Teil der Wohnungen wird noch über Elektrospeicheröfen beheizt. 5,5 Mio. € – über drei Jahre verteilt – sind für den Bau eines riesigen unterirdischen Wasserspeichers und die Heizungsumstellung in den Wohnungen veranschlagt. Die Gebäude, die an die regenerative Zentralheizung angeschlossen werden, sind in den Jahren 1953 bis 1955 entstanden und wurden 1978/79 mit einer 5  cm dicken Wärmedämmung versehen. „Wir werden diese Häuser jetzt nicht erneut wärmedämmen, trotzdem drücken wir den Endenergieverbrauch dank der regenerativen Heizung unter 90 kW/m² pro Jahr“, erklärt EBV-Vorstand Joachim Bode gegenüber der IVV. Damit komme seine Genossenschaft in den Genuss Hamburger Fördermittel und zinsgünstiger Darlehen. „Wir werden die Mieten trotz der Investition nicht erhöhen und wir haben unseren Mietern schon im Herbst 2011 schriftlich eine Halbierung der Heizkosten versprochen“, berichtet Joachim Bode. Damit lehnt sich der Genossenschaftsvorstand weit aus dem Fenster.
Woher nimmt er den Mut für eine solche Prognose? Das Geheimnis des Heizungssystems liegt in seiner bemerkenswerten Effizienz.

Das Erdreich isoliert kostenlos

Das Herzstück bildet ein riesiger Betonspeicher, der auf der Grünfläche zwischen zwei Gebäudeketten des Wohnquartiers Wilstorf in das Erdreich eingebaut wurde. Der unterirdische Hohlkörper misst 4 m in der Höhe und 20 m im Durchmesser und fasst 1,68 Mio. l Wasser. Damit ließen sich 10.000 Badewannen füllen. Es würde fünf Tage dauern, den Speicher mit einem Feuerwehrschlauch zu füllen. Nach der Fertigstellung wird der Deckel des Speichers mit 1 m Erdreich frostsicher bedeckt.
1.680 m³ Wasser bilden ein kostengünstiges Speichermedium, das im Sommer Solarwärme, Wärme aus der Luft und Wärme aus dem Erdreich, aufnimmt. Es werden drei Solar-Luft-Kollektoren mit einer Gesamtfläche von 430 m² aufgebaut. Diese Kollek­toren sammeln nicht nur die direkte Wärmestrahlung der Sonne, sondern zusätzlich die Wärme der Luft. Das passiert auch bei bewölktem Himmel und bei Nacht. Die Speicherung der Energie erfolgt auf einem niedrigen Temperaturniveau zwischen 0 und 10 °C. Damit kann das Erdreich, das den Betonkörper umgibt, zweifach genutzt werden. Einerseits dient die Erde als Isolierung gegen das unkontrollierte Abtauen des Eises im Sommer, anderseits wird im Winter die nahezu konstante Erdwärme von 8 bis 10 °C genutzt.

Molekulare Erstarrung setzt Wärme frei

Der entscheidende wirtschaftliche Vorteil des Heizsystems ergibt sich aus der Nutzung von Eis als regenerative Wärmequelle. Im Winter entzieht eine Wärmepumpe dem Speicher Energie, um damit Wohnungen zu beheizen und Brauchwasser zu erwärmen. Wenn das Wasser im Speicher soweit heruntergekühlt ist, dass es zu gefrieren beginnt, werden zusätzlich große Mengen sogenannter Kristallisationswärme frei. Heiko Lüdemann, der Geschäftsführer des Eisspeicher-Herstellers ISOCAL hat das thermodynamische Phänomen im Bayerischen Fernsehen so erklärt: „Wenn die Wassermoleküle, die sich eben noch bewegen konnten, plötzlich in ein starres Gitter kommen, geben sie ihre Energie ab. Das ist so viel, dass man Wasser von 0 auf 80 °C erwärmen kann. Der Unterschied zwischen 0 °C flüssig zu 0 °C fest gibt uns diese Energie.“ Dieser physikalische Vorgang komme der hohen Effizienz des Systems über den gesamten Jahreszyklus hinweg zugute.
Die Gebäude der Harburger Genossenschaft in Wilstorf sind mehr als 50 Jahre alt. Da die Gebäudehüllen nicht auf einen Niedrigenergiestandard gehoben werden, muss die Eisspeicherheizung durch Brennwertkessel ergänzt werden, damit die Wärmeversorgung auch an sehr kalten Wintertagen gesichert ist. Dennoch gehen die Ingenieure des planenden Büros Ökoplan davon aus, dass die Eisspeicherheizung 75 % Primärenergie und 1.200 t CO2 jährlich einspart.

Klimaschutzsiedlung in Köln-Porz

Eine zusätzliche Öl- oder Gasheizung ist in der entstehenden Klimaschutzsiedlung Köln-Porz nicht notwendig. Direkt am Rhein baut die VIVAWEST Wohnen GmbH mit ­einem Aufwand von 18 Mio. € vier Gebäude mit 112 Wohnungen im Niedrigenergiestandard (siehe Foto auf S. 21). Die Wärmepumpe wird hier mit einem Eisspeicher von 1,2 Mio. l Volumen gekoppelt. Der rechtwinklige Betonkörper hat die Maße 19 x 14 x 4,50 m. Die Wärmepumpe hebt die Temperatur des weniger als 10 °C kühlen Wassers aus dem Speicher auf 30 bis 35 °C. Für die Fußbodenheizung der hochgedämmten Gebäude reicht das aus. Zusätzlichen Komfort bieten die Wohnungen durch die sehr kostengünstige Klimatisierung im Sommer. Das gegen Ende der Heizperiode im Wasserspeicher entstehende Eis wird immer Sommer zur Kühlung der Fußböden eingesetzt. Der für das Bauprojekt verantwortliche Dipl.-Ingenieur ­Ulrich Farwick nennt IVV ­einen weiteren Vorteil der Eisspeicherheizung: Im Unterschied zu Systemen, die Wärme aus dem Grundwasser ziehen, sei für den Bau eines Eisspeichers keine wasserrechtliche Genehmigung erforderlich, weil die Eisspeicherheizung ein geschlossenes System bildet.

Suchbegriffe: HeizsystemeWärmepumpen

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