Abbildung: Viessmann Werke

Wärmepumpen beuten Umweltwärme aus, die im Erdreich, in der Luft und im Wasser enthalten ist. Die Wasserausbeutung erlaubt die effektivste Arbeitsweise. Sie kann durch die spezifischen thermophysikalischen Eigenschaften ausgeweitet werden. Die Wärmeenergie im Wasser kann nur so lange ausgebeutet werden, bis sie erschöpft ist. Erschöpft sein heißt in diesem Fall, dass keine Temperaturdifferenz mehr zur „Abschöpfung“ vorhanden ist. Dabei bewegt sich das Wasser immer stärker auf den Gefrierpunkt zu.

Neben der offensichtlichen Energie im flüssigen Wasser existiert eine zweite Energieebene. Wenn das Wasser auf den Gefrierpunkt gefallen ist, beginnt es zu kristallisieren. Während dieses Vorgangs wird die „zweite“ Energie freigesetzt, die daher auch als latente Wärme bezeichnet wird. Der Eisspeicher stellt der Wärmepumpenheizung diese zusätzlich zur Verfügung. Damit kann die Funktion der Wärmeenergiegewinnung auf einen größeren Temperaturbereich ausgedehnt werden. Wenn Wasser seinen Aggregatzustand von fest zu flüssig ändert entsteht sogenannte Kristallisationswärme oder auch Gefrierwärme. Diesen Effekt nutzen Eisspeicherheizungen.

Niedrige Speichertemperatur und Regenerierung

Diese Ausweitung des Temperaturfeldes in die Minusgrade hinein erlaubt gleichzeitig, die durchschnittliche Speichertemperatur während des Betriebs in einem niedrigen Bereich anzusiedeln. Der Eisspeicher für die Heizung muss weniger gut gedämmt werden. Bei fortwährender Abschöpfung der latenten Wärme gefriert das Wasser im Eisspeicher Stück für Stück weiter, bis es restlos und vollständig kristallisiert ist. Erst in diesem Moment muss Fremdenergie zugeführt werden, um eine weitere Ausbeutung zuzulassen. Die benötigte Fremdenergie muss in der Lage sein, das Wasser teilweise oder komplett wieder aufzutauen. Für diesen als Regenerieren bezeichneten Vorgang sind nur geringe Energiemengen erforderlich, da die Zieltemperaturen bis zum Schmelzen niedrig sind. Klassische Lieferanten sind Sonnenkollektoren, Luft-Wasser-Wärmetauscher oder die Abschöpfung von Wärmevorräten aus Abwasser und Abluft.

So besteht die Funktion der Eisheizung in einem fortwährenden Kreislauf des Gefrierens und Auftauens: Dem Wasser wird Energie entzogen bis es gefriert. Mittels Solarenergie beispielsweise wird das Wasser wieder aufgetaut und der Kreislauf beginnt von vorne.

Komplexe Wirtschaftlichkeitsberechnung

Wichtiger Faktor für das Erreichen einer umfassenden Wirtschaftlichkeitsberechnung ist der Verbrauch externer Energie durch die Wärmepumpe. Die erweiterte Ausbeutung des Wassers auf zwei „Energieebenen“ verlangt nach der Gegenüberstellung des damit erhöhten Betriebsstromverbrauchs. Bei der Frage: „Welche Wärmepumpe eignet sich für einen Eisspeicher?“ ist ein besonderes Augenmerk auf die Konzeptionierung des Gesamtsystems zu richten. Eine seriöse Beurteilung der Kosten ist nur unter Berücksichtigung der erforderlichen Betriebsenergie für die Wärmepumpe und der benötigten Regenerationswärme möglich. Neben den direkten Verbrauchs- und Leistungswerten müssen auch „Verschleppungseffekte“ einbezogen werden. Der Erhalt der gespeicherten und notwendigen Temperatur ist wegen ihres niedrigen Niveaus ressourcenschonender als Speichersysteme mit höheren Vorhaltetemperaturen.

Ein Nachteil der Eisheizung sind die hohen Anschaffungskosten. Der Preis allein für den Eisspeicher beträgt etwa 10.000 Euro. Hinzu kommen Kosten für die Wärmepumpe, die Solarthermie sowie für Zubehör und Montage.

Hersteller und Systeme

Der bekannte und renommierte Heizungshersteller Viessmann bietet und definiert sein Eisspeichersystem als technische Symbiose von 5 Wärmequellen. Demnach besteht eine Eisspeicherheizung aus folgenden 5 Energieträgern:

1. und 2.	Wasser im flüssigen und gefrorenen Zustand
3.	Solarenergie
4. und 5.	Luft- und Erdwärme

Ein weiterer etablierter Hersteller für Eisspeicher ist Calmac, der aus der industriellen Kälte- und Klimatechnik stammt. Mit dem Markteintritt von geeigneten Wärmepumpen durch diverse Hersteller bietet das Unternehmen Polyethyleneisspeicher an, die auch für private Wohngebäude geeignet sind. Die einem Tank ähnlichen Behälter können auf dem Grundstück vergraben werden.

Verhältnismäßig große Dimensionierungen erlauben längere und damit effizientere Latentwärmeausbeutung. Je mehr Wasser einfrieren muss, desto länger dauert es.

Da Eisspeicherheizungen selten sind, gibt es kaum langfristige Erfahrungen mit dem System. Gerade aufgrund der hohen Anschaffungskosten stellt diese Form der Heizung für viele private Nutzer keine Alternative dar. Gerade bei einem hohen Energieverbrauch hat diese Heizung jedoch ihre Stärken, da sie in einem nahezu autarken System ohne zusätzliche Betriebskosten besteht.