Heisskalt
Wärme dank der Kraft aus dem Eis? Ein neuartiges Heizsystem macht es möglich. Im Winter liefert die Anlage viel Heizenergie und imSommer kühles Klima für lau.
Spätestens wenn der eigene Nachbar sein neues Auto aus der Garage holt und stolz behauptet, dass es statt mit Benzin mit Wasser fährt, beginnen wir uns Sorgen um ihn zu machen. Ganz ähnlich muss es Johannes Winkler ergangen sein, als er seine neue Heizung bekam. Dass diese besonders sparsam ist, wollte man dem promovierten Maschinenbauingenieur und Eigenheimbesitzer aus Tettnang am Bodensee ja noch gerne glauben. Und auch, dass dabei Solarwärme und andere regenerative Energiequellen eine Rolle spielen. Aber etwas machte Nachbarn, Freunde und Bekannte dann doch stutzig: Die Winklers heizen mit… Eis. Genauer gesagt: mit 12 Kubikmeter gefrorenem Regenwasser in einem betonummantelten Tank, der eines Tages im Handumdrehen hinter Winklers Haus unter der Erde verschwand.
Seitdem weckt der geheimnisvolle Tank in Winklers Garten nicht nur die Neugier der Nachbarn, sondern auch der Medien. Viele Fernsehteams waren schon bei der Familie zu Gast. „Wir haben uns für den Eisspeicher entschieden, weil wir damit Sonnenenergie zwischenspeichern und sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen nutzen können“, sagt Johannes Winkler dann gerne. Andere Nutzer loben die ungewöhnliche Effizienz der Anlage. Manche berichten von Heizkosten „um die 30 Euro“ pro Monat. Kein Wunder also: Wo auch immer derzeit in Deutschland ein solcher SolarEis-Speicher im Erdreich versinkt, ist das Interesse groß an der neuartigen Heizung, die aus der Kälte kommt. Das Grundprinzip des Solar-Eis-Speichersystems ist ein Patent des Friedrichshafener Ingenieurs Alexander von Rohr: anstatt sich nur auf eine natürliche Energiequelle zu verlassen, werden hierbei gleich mehrere „Naturgewalten“ gleichzeitig genutzt: Sonne, Luft, Erde, Wasser – und Eis.
Kraft aus dem Eis
Das zentrale Element ist der Eisspeicher. Dabei handelt es sich um einen Wassertank, der in einer Tiefe von etwa 3 bis 4 Meter in den Erdboden eingelassen wird. Das Fassungsvermögen reicht dabei von etwa 10 bis 15 Kubikmeter für kleinere Einheiten und bis zu 1.000 bei Großprojekten. Einmal im Erdboden versenkt, nimmt das Wasser dort zunächst die natürliche Erdwärme der Bodenschichten auf und macht sich diese für die spätere Energiegewinnung zunutze. Zugleich werden die Temperaturbedingungen im Tank durch einen oberirdischen Kollektor beeinflusst, der – meist auf dem Dach montiert – seine Energie sowohl aus der vorhandenen Lufttemperatur als auch aus der Sonnenkraft bezieht. Dieser SolarLuft-Kollektor nimmt die Wärme selbst noch bei Dunkelheit und Regen auf und lagert sie über ein entsprechendes Leitungssystem im SolarEis-Speicher ein.
Im Sommer wird die Solarwärme genutzt, um das Brauchwasser zu erwärmen. Im Winter bietet der Kollektor eine kräftige Heizunterstützung. Dabei kommt die Wärmepumpe ins Spiel: Sie versorgt das Gebäude mit der nötigen Raumwärme, die zuvor durch Sonnenenergie, Lufttemperatur oder Erdwärme im SolarEis-Speicher eingelagert wurde. Für größere Anlagen ist auch eine spezielle Absorptions-Wärmepumpe verfügbar, die von einem Brenner zum Beispiel mit Biogas angetrieben wird. Für jederzeit ausreichende Mengen an warmem Wasser wird im Gebäude zusätzlich ein Warmwasserspeicher installiert. Dieser speist sich zunächst aus der Sonnenwärme, die der SolarLuft-Kollektor erzeugt.
Scheint die Sonne nicht, springt die Wärmepumpe automatisch auf die Versorgung mit Wärmeenergieaus dem SolarEis-Speicher um. Ein speziell für dieses komplexe System entwickelter Regler, der SolarEis-Manager, kontrolliert die einzelnen Komponenten. Damit legen die Nutzer beispielsweise fest, ob die Wärme des oberirdischen SolarLuft-Kollektors sofort für Warmwasser verwendet oder aber zunächst im unterirdischen SolarEis-Speicher eingelagert werden soll.
Wärme im Eiskristall
Doch woher stammt die enorme Energiemenge, die ein solcher SolarEis-Speicher erzeugt? Dazu Erfinder Alexander von Rohr: „Das Geheimnis beruht auf einem einfachen physikalischen Prinzip: Wenn Wasser zu Eis gefriert, entsteht die sogenannte Kristallisationswärme. Diese freigesetzte Wärmemenge entspricht derselben Energiemenge, die man benötigt, wenn man Wasser von null auf 80 Grad Celsius erhitzt. Das Problem: Bisher konnte dieser Effekt nicht genutzt werden, da die dabei auftretende Sprengwirkung des Eises technisch nicht beherrschbar war.“ Anders nun mit dem SolarEis-System, das durch seine neuartige Technologie die Sprengung des Eises zuverlässig verhindert, indem das Eis dabei nicht – wie sonst üblich – von außen nach innen gefriert, sondern von innen nach außen.
Der Clou: Der Kristallisationsprozess kann nun nicht nur hundertprozentig beherrscht, sondern auch gezielt gesteuert – und vor allem – fast beliebig hinausgezögert werden. Dabei wird der Gefrierpunkt über Monate hinweg immer wieder eingeleitet, gestoppt und aufs Neue gestartet. Und immer wieder aufs neue wird eine enorme Menge an Kristallisationswärme freigesetzt. Alexander von Rohr: „Dieses physikalische Phänomen kommt der extrem hohen Effizienz der Anlage über den gesamten Jahreszyklus hinweg zugute.“ Mit dem SolarEis-System kann man jedoch nicht nur im Winter heizen, sondern im Sommer auch die gespeicherte Kälte zum aktiven Kühlen selbst großer Raumflächen verwenden. Der SolarEis-Speicher wird damit zur nahezu kostenneutralen und umweltschonenden Klimaanlage.
Schön warm, angenehm kühl
Zudem können sich Besitzer von Photovoltaikanlagen über einen äußerst gewinnbringenden Nebeneffekt freuen: Die Kühlung aus dem Eisspeicher kann ohne großen Aufwand an besonders heißen Sommertagen auch für die Module genutzt werden. Damit lassen sich die bei Überhitzung von PV-Anlagen einsetzenden Energieverluste ausgleichen – die SolarEis-Kühlung bringt in der Praxis zwischen 25 und 30 Prozent Energiegewinn. Das Ganze ist trotz seiner zahlreichen physikalischen und technischen Finessen nicht nur äußerst flexibel, sondern auch erstaunlich leicht zu installieren und lässt sich ebenso leicht steuern. Bei entsprechender Auslegung deckt das Solar-Eis-System sowohl den Wärme- als auch den Kältebedarf von Gebäuden aller Größenordnungen hundertprozentig und ganzjährig ab.
Es kann aber auch als zusätzliche Anlage andere Gewerke sinnvoll unterstützen. Zu den Anwendern gehören übrigens nicht nur immer mehr Häuslebauer, sondern auch viele Gewerbegebäude und große kommunale Einrichtungen. Jüngstes Beispiel: das neue Stuttgarter Stadtarchiv,ein komplett sanierter ehemaliger Lagerhauskomplex. Matthias Bertram, Sanierungsexperte der Stadt Stuttgart: „Hier lagern wertvolle historische Dokumente und Gemälde, die eine konstante Temperatur von 18 Grad Celsius benötigen. „Besonders im Frühjahr und im Herbst schwanken die Außentemperaturen beträchtlich, sodass man oft nachts heizen muss, aber tagsüber die Kühlung benötigt wird. Wenn man diese Temperaturschwankungen mit einer konventionellen Anlage bewältigen will, verursacht dies einen enormen Energieverbrauch.
Anders beim Eisspeicher: Die Kälte, die beim nächtlichen Heizen als eine Art Abfallprodukt anfällt und im Eisspeicher zwischengelagert wird, kann tagsüber problemlos für die Kühlung abgerufen werden. Diese Energie geht also nicht verloren, sondern kann selbst innerhalb von 24 Stunden sinnvoll genutzt werden.“ Ein Luxus, von dem nun auch jeder Eigenheimbesitzer profitiert, der einen SolarEis-Speicher sein eigen nennen kann. Dabei ist es übrigens unerheblich, ob das innovative Heiz- und Kühlsystem bei einem Neubau etwa in Verbindung mit einer Fußbodenheizung genutzt wird – oder aber in einem Bestandshaus mit herkömmlichen Heizkörpern: „Nicht einmal die Leitungen müssen ausgetauscht werden, wenn man sein Haus mit einem Eisspeicher nachrüsten möchte“, betont Heiko Lüdemann, der zusammen mit Erfinder Alexander von Rohr die Geschäftsführung der Herstellerfirma Isocal innehat.
Umweltfreundliche Pioniere
Das aufstrebende Unternehmen, das aus einem kleinen Handwerksbetrieb hervorgegangen ist, erhielt bereist mehrere Auszeichnungen für das SolarEis. Tatsächlich zählt Deutschland mit dem Isocal-System einmal mehr zu den Technologieführern in Sachen nachhaltiges Bauen – mit positiven Auswirkungen auf Energieverbrauch und CO2-Ausstoß: „Eine flächendeckende Nutzung des Eisspeichersystems würde aus dem Heiz- und Kühlenergieverbrauch, der derzeit noch zu den Hauptverursachern von schädlichen Treibhausgasen zählt, eine klimaschonende Umwelttechnik machen“, so Alexander von Rohr. Fragt man den engagierten Erfinder danach, wie er eigentlich auf die Idee gekommen ist, Eis zum Heizen zu nutzen, verblüfft er mit der Auskunft: „Eigentlich habe ich das meinem kleinen Sohn zu verdanken. Als unser Installationsbetrieb vor einigen Jahren umgezogen ist, haben wir nach einer effizienten Lösung für unsere Betriebsheizanlage gesucht. Dabei schwebte uns bereits ein solcher Eisspeicher vor, allerdings wussten wir im ersten Moment nicht, wohin damit. Dann habe ich meinem Sohn eines Abends eine Gutenachtgeschichte aus einem Kinderbuch vorgelesen, in der ein Bagger vorkam.“ Schon war das Problem gelöst – seither verschwindet der Eistank im Erdreich.
Kompakt und robust
Anders als bei geothermischen Wärmepumpen wird das Grundwasser beim SolarEis-Speicher dabei jedoch nicht tangiert. Ein aufwendiges Genehmigungsverfahren entfällt. Und auch sonst hat das SolarEis-System anderen Wärmepumpen-Lösungen einiges voraus: Bei einer Erdwärmepumpe etwa wäre eine wesentlich größere Gartenfläche erforderlich. Auch sind hierbei spätere Schäden an den Rohrleitungen durch starken Wurzelwuchs von Bäumen und Sträuchern nicht ausgeschlossen. Luftwärmepumpen wiederum erreichen nicht immer die erforderliche Vorlauftemperatur und müssen daher meist durch klassische Öl- und Gasheizbrenner unterstützt werden. Somit stellt der SolarEis-Speicher, auf den der Hersteller Isocal selbstbewusst 30 Jahre Garantie gibt, eine optimierte Wärmepumpen- Heizung dar.
Und so sieht eine typische Auslegung eines SolarEis-Systems für ein Einfamilienhaus aus: Zunächst wird ein SolarEis-Speicher mit 12 Kubikmeter Fassungsvermögen ins Erdreich eingebracht. Das kann zum Beispiel im Garten geschehen oder unter der Garage. Die Bayreuther Firma Zapf bietet zusammen mit Isocal die Kombinationslösung Garage/SolarEis-Speicher an. Das übliche Ausschachtungsmaß hat einen Durchmesser von drei und eine Tiefe von vier Meter. Diese Werte können, falls erforderlich, individuell angepasst werden. Vom SolarEis-Speicher führen zwei Leitungen für den Vor- und Rücklauf zum Haus, die – je nach Durchsatz und Restpressung der angeschlossenen Wärmepumpe – einen Durchmesser von 32 oder 40 mm haben. Auf dem Dach werden außerdem sechs SolarLuft-Kollektoren montiert. Diese benötigen eine Fläche von etwa 12 Quadrat- metern.
Der Wärmetauscher findet am besten im gut gelüfteten Keller oder einem Nebenraum Platz. Er sollte eine Leistung von mindestens 40 kW haben und benötigt einen Gasanschluss für den ver- brauchsarmen Eigenbetrieb. Ebenfalls in den Keller passt die Hydraulik- und Steuereinheit. Dieser SolarEis-Manager ist 86 Zentimeter hoch, einen halben Meter breit und 29 Zentimeter tief. Damit wird die auf dem Dach gewonnene Solarwärme auf drei Ebenen verteilt und gesteuert: Heizung, Trinkwasser und SolarEis-Speicher.
Günstige Alternative
Das Ganze kostet rund 12.000 Euro inklusive Lieferung – und damit kaum mehr als eine Pelletheizung mit gleicher Leistung. Doch auch im technologischen Vergleich zu einer Pelletanlage hat der SolarEis-Speicher die Nase vorne: „Zwar gelten Pellets als klimaneutral,“ meint Matthias Bertram von der Stadt Stuttgart, „das gilt aber nur, solange dafür ausschließlich recycelte Holzabfälle verwendet werden. Und wenn man den tatsächlichen CO2-Ausstoß betrachtet, der bei der Verbrennung entsteht, wäre dies auf jeden Fall die schlechtere Lösung.“
Diesen Artikel verfasste Uwe Herzog für das greenhome Magazin
