Wechselt Wasser seinen Aggregatzustand von fest auf flüssig wird Wärmeenergie frei. Diese sogenannte Kristallisationswärme nutzt eine Eisspeicherheizung und ermöglicht so einen umweltfreundlichen und kostengünstigen Betrieb. Wie genau das funktioniert, aus welchen Bestandteilen eine Eisheizung besteht und welche Fördermöglichkeiten für Verbraucher gelten, zeigt dieser Überblick.  

Bauteile einer Eisheizung
Eine Eisheizung setzt sich aus einem Komplettsystem zusammen. Dazu zählt ein Solar-Luft-Absorber auf dem Dach der Immobilie. Er wandelt Sonnenlicht und warme Luft in Wärmeenergie um. Das Herzstück ist der Eisspeicher - ein großer, mit Wasser befüllter Betontank, den Hausbesitzer über einen Fachmann in das Erdreich auf dem Grundstück einlassen. Auch eine Sole-Wasser-Wärmepumpe im Heizungskeller ist Bestandteil des Systems. Sie macht Umweltwärme nutzbar und versorgt Fußbodenheizung und Heizkörper im Wohnraum mit warmem oder im Sommer auch mit kaltem Wasser.

Innenausstattung im Eisspeicher
Im Inneren des Eisspeichers sind ein Entzugs- und ein Regenerationswärmetauscher verbaut. Der Entzugswärmetauscher ist ein schlangenförmig verlaufendes schwarzes Rohr mit einer Kühlflüssigkeit. Mit dessen Hilfe zieht die Wärmepumpe Energie aus dem Eisspeicher. Der Regenerationswärmetauscher befindet sich direkt an der Betonwand und ermöglicht die Einspeisung von Wärme, damit das Eis im Tank nach dem vollständigen Gefrieren wieder schmilzt. So bleibt der einmalig mit Wasser befüllte Eisspeicher ein dauerhafter und kostengünstiger regenerativer Energielieferant.

Rolle der Wärmepumpe
Eisspeicherheizungen nutzen gleich drei regenerative Energiequellen aus der Umwelt: Die Umgebungsluft, Sonnenlicht und Wärme aus dem Erdreich. Die Sole-Wasser-Wärmepumpe entzieht dem Leitungs- oder Grundwasser im Betonbehälter der Eisheizung Wärmeenergie, sodass dieses immer weiter abkühlt. Dieser Temperaturwechsel setzt zusätzliche Energie, die sogenannte Kristallisationswärme, frei. Von der beginnenden Vereisung bis hin zum starr gefrorenen Eis wird Energie frei, die 0 Grad kaltes Wasser bis auf 80 Grad Celsius erhitzt. Diese macht die Wärmepumpe für die Beheizung des Hauses nutzbar.

Funktionsweise einer Wärmepumpe
Gut dimensionierte Wärmepumpen heizen überwiegend mit Umweltwärme. Dabei ziehen sie je nach Art der Wärmepumpe Energie aus der Erde, der Luft oder dem Grundwasser. Beim Einsatz einer Eisspeicherheizung dient das Wasser aus dem Speicher als Wärmequelle. Die dort enthaltene Energie überträgt ein Wärmetauscher, der Verdampfer, an das in der Wärmepumpe zirkulierende Propan, sodass dieses anfängt zu sieden. Ein Motor pumpt die Temperatur des Propans nun bis auf die notwendige Temperatur am Vorlauf der Heizung. Je geringer die Temperaturdifferenz zwischen der gewünschten Innentemperatur und der Wärmequelle ausfällt, desto weniger Leistung muss der Wärmepumpenmotor erbringen. Dies führt zu Einsparungen beim Stromverbrauch.

In einem zweiten Wärmetauscher überträgt das nun heiße Propan seine Wärme an den Heizkreislauf. Rohre und Pumpe übernehmen den Transport bis in die Wohnräume. Im letzten Schritt reduziert ein Ausdehnungsgefäß den Druck des Gases, wodurch dessen Temperatur sinkt. Nun ist es in der Lage, erneut Wärme aus der Umwelt aufzunehmen. Der Kreislauf der Wärmepumpe beginnt von vorne. (Mehr zum Thema Wärmepumpen gibt es auf der Seite von Kesselheld.)

Herzstück des Eisspeichers - der BetontankHerzstück des Eisspeicher - der Betontank.Sonnenkollektoren, Luft und Erdreich schmelzen Eis
Am Ende der Heizperiode hat die Wärmepumpe die Energie aus dem Wasser vollständig absorbiert und die Betonzisterne ist komplett zugefroren. An dieser Stelle setzt ein Kunststoffrohr in seiner Funktion als Regenerationswärmetauscher ein. Jegliche Form des Aufwärmprozesses erfolgt im Eisspeicher über diesen Wärmetauscher. Hierbei liefern zum einen Solar-Luft-Kollektoren auf dem Dach Wärme ein. Aber auch die dem Speicher umliegende Erde gibt ihre Wärme über die Betonwände an das Speicherwasser ab. Die gleiche Energiemenge, die dem Wasser zuvor entzogen wurde, fließt über die Schmelzung des Eises wieder in den Speicher ein. Der Vorgang zwischen Vereisung und Verflüssigung kann daher ständig rückgängig gemacht werden.

Bauliche Voraussetzungen und Installation
Für Ein- und Zweifamilienhäuser kommt eine Betonzisterne von mindestens zehn Kubikmetern im Garten oder auf Grundstücksflächen zum Einsatz. Diese wird in frostfreier Bodentiefe in der Erde verbaut. Die Tiefe reicht dabei bis auf vier Meter. Die geringe Einlasstiefe ermöglicht eine Montage ohne bauliche Genehmigung. Zum Vergleich: Erdwärmepumpen erfordern den Einbau von Erdsonden beziehungsweise Erdkollektoren. Diese werden bis zu 20 Meter tief in der Erde verbohrt. Der Durchmesser des Tanks liegt etwa bei 2,7 Meter.

Vorteile: Überwiegende Nutzung regenerativer Energien
Eine Eisheizung greift zum Großteil auf erneuerbare Energien zurück. Lediglich der Motor der Wärmepumpe benötigt Strom für den Antrieb. Photovoltaikmodule und eine Batterie zur Speicherung von solarer Energie ermöglichen einen umweltbewussten Einsatz einer Wärmepumpe ohne die Nutzung fossiler Energien. Bauherren sind mit diesem Heizsystem autark in der eigenen Wärmeversorgung.

Eine Eisheizung kann im Sommer auch kühlen
Das Eis aus dem Betonbehälter der Eisheizung nimmt die Wärme aus den überhitzten Wohnräumen auf und leitet diese zum Eisspeicher, um das darin gefrorene oder kalte Speicherwasser zu erwärmen. Zu beachten ist, dass die Kühlleistung auf die vorhandene Menge an Eis begrenzt ist. Es folgt eine nahezu kostenlose Kühlung ohne Einsatz der Wärmepumpe. Diese Variante ist unter dem Begriff „passive Kühlung“ bekannt.

Eisspeicher werden gefördert
Der Einbau eines Eisspeichers verbessert die Förderung des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrollen für elektrische betriebene Sole-Wasser-Wärmepumpen mit einer Jahresarbeitszahl von mindestens 4,5. Zusätzlich zur Basisförderung von 4.500 Euro gilt für innovative Eisspeichersysteme in Bestandsgebäuden eine Innovationsförderung von 2.250 Euro. Insgesamt erhalten Betreiber einer Eisheizung einen Zuschuss von 6.750 Euro. Dies reduziert die gesamten Kosten von 12.000 bis 20.000 Euro. Auch für Neubauten ist die innovative Technik förderfähig. Die Zuschusshöhe ist hier auf 4.500 Euro beschränkt.
Quelle: Text: Kerstin Bruns, Bilder: Viessmann

Zur Gastautorin: Kerstin Bruns ist Redakteurin und Heizungsexpertin bei der Kesselheld GmbH. Ihr Schwerpunkt liegt auf dem Thema Heizen mit erneuerbaren Energien. Als digitaler Heizungsbauer vereint das Start Up die Qualität des lokalen Handwerks mit der Geschwindigkeit moderner Softwarelösungen und digitalisierter Prozesse rund um den Heizungstausch.

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