Wärme aus Eis erzeugen, funktioniert das wirklich? Ja, dank der Kristallisationsenergie. Die Eisheizung ist dabei ein innovatives System der Wärmeerzeugung. Es nutzt die Umgebungswärme, Geothermie und die Kristallisationsenergie, um Gebäude zu heizen und zu kühlen. Wann dieses System zum Heizen eines Einfamilienhauses angewendet werden kann, was beim Ausbau zu beachten ist und mit welchen Kosten es verbunden ist, erfahren Sie in diesem Artikel.
Und auf diese Aspekte der Eisheizung geht der Artikel ein:
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Was ist eine Eisheizung?
Eine Eisheizung ist eine umweltfreundliche Alternative zu Heizungen, die mit fossilen Brennstoffen wie Öl, Gas oder Kohle betrieben werden. Im Zentrum einer Eisheizung befindet sich ein tief unter der Erde gelegener Eisspeicher.
Die Eisheizung ist somit eine Systemart, die einen Eisspeicher als Wärmespeicher zur Wärmepumpe verwendet. Der Eisspeicher ist dabei nichts anderes als ein beliebiger Wassertank, der mit Beton ummantelt ist und im Erdreich vergraben wird.
In Kombination mit einer Sole-Wasser-Wärmepumpe und einem Solar-Luftabsorber lässt sich die Wärme des Erdreiches und des Wassers sowie der Umgebungsluft entziehen.
Diese Systemlösung eignet sich insbesondere für Gebäude mit hohem Wärmebedarf, in etwa schlecht isolierten Altbauhäusern oder größere Einfamilienhäuser.
Aufbau und Systemprinzip einer Eisheizung
Die Eisheizung stellt ein relativ einfaches System dar. Es besteht hauptsächlich aus drei Bauteilen:
- einer Wärmepumpe,
- einem Eisspeicher,
- und mehreren Solar-Luftabsorbern.
Während der Eisspeicher im Erdreich vergraben wird, steht die Wärmepumpe im Haus - üblicherweise in einem Technikraum. Die Solar-Luftabsorber können, je nach Hersteller, auf dem Dach, an den Außenwänden oder auf dem Grundstück aufgestellt werden.
Der Eisspeicher wird an die Wärmepumpe und den Solar-Luftabsorbern angeschlossen. Aus diesem Grund sollte er in unmittelbarer Nähe zum Technikraum, wo die Wärmepumpe installiert ist, eingegraben werden.
Die Größe des Eisspeichers hängt von der Wärmelast des Gebäudes ab. Für durchschnittliche Einfamilienhäuser liegt das Volumen zwischen 10 und 20 m³.
Die Solar-Luftabsorber werden üblicherweise auf dem Dach installiert. Mittlerweile gibt es auch die Option, diese als Zaun im Außenbereich anzubringen.
Optional kann nach der Sole-Wasser-Wärmepumpe noch ein Pufferspeicher eingebaut werden. Der Pufferspeicher erlaubt es, Wärme unabhängig vom Verbrauch zu erzeugen. Wiederum kann mit einem Pufferspeicher Wärme verbraucht werden, obwohl zu diesem Zeitpunkt keine Wärme erzeugt wird. Dies ist eher bei größeren Anlagen sinnvoll.
Wie funktioniert eine Eisheizung?
Eine Eisheizung nutzt erneuerbare Energiequellen aus der Umgebung, um Wärme zu erzeugen. Der Speicher wird einerseits durch das Erdreich erwärmt, andererseits muss ihm mittels externer Energiequelle Wärme hinzugefügt werden - normalerweise werden dafür Solar-Luftabsorber verwendet. Dadurch taut der Eisspeicher auf, sodass die akkumulierte Energie im Winter mittels Wärmepumpe zum Heizen und zur Warmwasseraufbereitung verwendet werden kann.
Im Sommer wird dem Eisspeicher Energie hinzugefügt und im Wasservolumen gespeichert. Der Speicher wird einerseits durch das Erdreich erwärmt, andererseits muss ihm mittels externer Energiequelle Wärme hinzugefügt werden - normalerweise werden dafür Solar-Luftabsorber verwendet. Dadurch taut der Eisspeicher auf.
Dafür sind zwei spiralförmige Wärmetauscher im Speicher eingebaut.
Ein sogenannter Entzugs-Wärmetauscher, der mit der Erdwärmeheizung verbunden ist. Dieser Wärmetauscher ist mittig im Speicher angeordnet und sorgt während der Heizphase dafür, dass dem Wasser die Wärme entzogen wird.
Im äußeren Innenbereich des Speichers ist ein zweiter Wärmetauscher eingebaut. Dieser Regenerations-Wärmetauscher ist mit den Solar-Luftabsorbern verbunden. Anders als bei einer Solarthermieanlage können Solar-Luftabsorber neben der Solarenergie auch die Umgebungstemperatur aufnehmen, das heißt mit niedrigeren Temperaturen arbeiten. Durch das breite Leistungsspektrum lässt sich das Speichermedium ganzjährig in einem Temperaturbereich zwischen -5 und 8 °C halten.
Dieses Funktionsprinzip bringt den großen Vorteil der natürlichen Kühlung mit sich. Denn während der Eisspeicher im Sommer mit Energie aufgeladen wird, setzt sich Kälte frei. Diese kann kostenlos in den Sommermonaten zum Kühlen des Gebäudes genutzt werden. Die Warmwasseraufbereitung wird dann durch die Solar-Luftabsorber übernommen.
Entscheidend für den effizienten Betrieb einer Eisheizung ist die Energie, die während des Kristallisationsprozesses entsteht.
An dem Punkt, wo das 0 °C kalte Wasser zu 0 °C kaltem Eis wird, bilden sich Kristalle. Der Kristallisationsprozess setzt bei der Aggregatzustandsänderung latente Wärme frei, die sogenannte Kristallisationswärme. Diese Wärme wird an die Umgebung abgegeben und durch den Entzugs-Wärmetauscher an die Wärmepumpe weitergegeben.
Die Kristallisationswärme entspricht dabei derselben Energiemenge, die man verbraucht, wenn man Wasser von 0 auf 80 °C erwärmt. Diese Energie ist im Nachhinein wieder notwendig, um den Eisspeicher aufzutauchen, was mittels Solar-Luftabsorber über den Sommer erfolgt.
Im Vergleich zu anderen Speicherarten hat das Kristallisationsverfahren den Vorteil, das Speichervolumen um das Sechsfache zu reduzieren. So lässt sich dieses System bei geringen Grundstücksflächen, etwa im Stadtzentrum, prima anwenden. Im Vergleich zu Erdwärmekollektoren kann das Speichervolumen für ein kleines Einfamilienhaus von 60 auf 10 Quadratmeter reduzieren werden.
Darauf sollten Sie beim Aufbau der Eisheizung achten
Anders als bei einer herkömmlichen Gasheizung oder einer Luftwärmepumpe ist die Energiequelle bei einer Eisheizung limitiert. Alle Bauteile müssen daher aufeinander abgestimmt sein, damit das System so effizient wie möglich funktioniert.
Einerseits sollten genug Reserven im Speicher vorgesehen werden, etwa für einen unvorhersehbaren kälteren Winter. Andererseits darf der Speicher nicht überdimensioniert werden, da es sehr kostspielig ist.
Außerdem müssen die Solar-Luftabsorber so dimensioniert werden, dass dem Speicher im Sommer genügend Wärme hinzugefügt werden kann. Sollte der Eisspeicher über den Sommer nicht auftauen, wird er zu früh wieder einfrieren und das System dadurch erheblich an Effizienz verlieren.
Die Dimensionierung einer Eisheizung erfordert gründliche Planung und sollte unbedingt durch einen Fachbetrieb erfolgen.
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Was kostet eine Eisheizung?
Die Kosten für eine Eisheizung liegen zwischen 25.000 und 100.000 €. Für ein durchschnittliches Einfamilienhaus mit ca. 100 m² können Kosten von ungefähr 45.000 € entstehen. Im Altbau sind die Kosten meist höher als im Neubau, da die Installation oft mit aufwendigen Erdarbeiten verbunden ist.
Die Kosten setzen sich folgendermaßen zusammen:
- Sole-Wasser-Wärmepumpe inklusive Lieferung und Montage: ca. 18.000 €
- 10 m³ -Eisspeicher inklusive Lieferung und Montage: ca. 12.000 €
- Erdarbeiten für 10 m³-Speicher: ca. 9.000 € (Preis variiert je nach Bodenbeschaffenheit)
- Solar-Luftabsorber, inklusive Lieferung und Montage: ca. 6.000 €
Wenn man Anschaffungs- und Einbaukosten zusammenrechnet, dann ist der Eisspeicher das teuerste Bauteil. Obwohl der Eisspeicher sich relativ einfach installieren lässt, muss zur Unterbringung im Erdreich ein Tiefbauunternehmen beauftragt werden. Je größer der Speicher, desto höher fallen die Kosten für Erdarbeiten aus.
Zu den Investitionskosten kommen die laufenden Stromkosten für den Betrieb der Wärmepumpe, die sich durch Installation einer Photovoltaikanlage sinken lassen. In puncto Instandhaltung ist das System relativ wartungsarm. Es empfiehlt sich, die Wärmepumpe einmal jährlich von einem Fachbetrieb warten zu lassen. Dies kostet etwa 300 €.
Vor- und Nachteile der Eisheizung
Die Eisheizung ist ein innovatives Heizsystem, das aufgrund der sehr hohen Anschaffungskosten für die meisten Einfamilienhäuser zu teuer ist. Zudem sind aufwendige Erdarbeiten notwendig, die dem System zusätzliche Kosten hinzufügen. Diese beiden Faktoren führen dazu, dass der Eisspeicher vergleichsweise zu anderen Wärmepumpensystemen doppelt bis dreifach so teurer ist.
Nichtsdestotrotz stellt die Eisheizung ein System mit zahlreichen Vorteilen dar:
- geringer Flächenbedarf verglichen mit anderen Erdwärmekollektoren
- einfacher Aufbau und Funktionsprinzip
- keine Genehmigung für Einbau notwendig
- kostenlose natürliche Kühlung im Sommer
- wartungsarmer Betrieb
- umweltschonendes System mit geringen Emissionen
- preiswertere Energie insbesondere in Kombination mit Photovoltaikanlage
- keine zusätzliche Mess- und Steuerungs- und Regeltechnik notwendig
Förderung von einer Eisheizung
Die Kosten für eine Eisheizung als Heizungssystem werden aktuell nicht durch Förderungen gedeckt. Allerdings werden die Anschaffungskosten einer Wärmepumpe mit staatlichen Zuschüssen gefördert. Mehr zu Förderungen einer Wärmepumpe können Sie hier lesen.
Anbieter von Eisheizungen
Die Eisheizung ist ein vor kurzem entwickeltes System, das nicht lange auf dem Markt vorhanden ist. Aufgrund der hohen Anschaffungskosten greifen wenige Hausbesitzer zu dieser Alternative. Deswegen sind die Hersteller einer Eisheizung überschaubar: Zum einen gibt es Viessmann und zum anderen ECOTHERM.
Fazit
Die Eisheizung ist ein sehr interessantes Prinzip zur Nutzung von kostenloser Energie. Dieses innovative System nutzt die Umgebungswärme, Geothermie und Kristallisationsenergie, um Gebäude zu heizen und zu kühlen. Insbesondere der Kristallisationsprozess wirkt sich auf das System aus, denn dadurch lässt sich das Speichervolumen um das Sechsfache reduzieren.
Ein Nachteil sind die Anschaffungskosten. Sollten diese kein Problem darstellen, dann sollten Sie eine Eisheizung ernsthaft in Betracht ziehen. Nachdem die Erdarbeiten abgeschlossen sind, lässt sich das System relativ leicht installieren und ist zudem wartungsarm. Durch das einfache Funktionsprinzip entfallen zusätzliche Steuerungselemente.
Die Eisheizung stellt eine wunderbare Alternative dar, wenn keine Genehmigung zur Tiefenbohrung für eine Geothermiesonde erteilt wird. Es ist ebenfalls eine Alternative im Falle, dass ein Grundstück nicht ausreichend Außenfläche für einen Flächenkollektor hat. Allerdings ist es auch die teuerste Variante von allen.
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