Eisspeicher als Wärmequelle

Feuerwehrhaus Ellbach

Grossansicht in neuem Fenster: Michael Wölk mit der Solewärmepumpe im Ellbacher Feuerwehrhaus

Sie sind seit Jahren bekannt und bewährt: Sonnenkollektoren auf dem Hausdach. Überraschend ist jedoch, dass ausgerechnet ein großer Eisblock eine ideale Ergänzung der Solarthermie ist. Der sogenannte Eisspeicher dient als zusätzliche Wärmequelle. So auch im Ellbacher Feuerwehrhaus.

Mit dem Anbau ans Feuerwehrhaus im Jahr 2014 sollte das Gerätehaus im Bad Tölzer Ortsteil Ellbach eine moderne Heizungsanlage bekommen. Für die Fahrzeughalle sind Temperaturen im Bereich von zehn bis zwölf Grad Celsius erforderlich, für die Umkleiden etwa 16 Grad Celsius.

Die räumlichen und nutzungsbedingten Gegebenheiten warfen Gas, Öl und Holz als Energieträger ebenso aus dem Rennen wie eine Luft- oder Erdwärmepumpe. „Aus diesem Grund sah sich das Bad Tölzer Stadtbauamt nach einer alternativen Wärmequelle um und stieß auf den zur damaligen Zeit noch relativ unbekannten Eisspeicher in Kombination mit Hybridkollektoren und einer Solewärmepumpe“, erzählt Michael Wölk. Der Bautechniker ist in der Abteilung Hochbau der Behörde tätig und für das Gebäude in Ellbach zuständig. Er hat die Anlage maßgeblich konzipiert, programmiert und abgestimmt.

Hilfreiche Hybridkollektoren

Die Hybridkollektoren liefern thermische und elektrische Energie. „Eine Kombination aus Wärmetauscher und Photovoltaik-Modulen war somit die ideale Lösung für das Projekt“, so Michael Wölk. Unter den Modulen sind Rohrleitungen einlaminiert, die Sole enthalten. Aufgeheizt von der Sonnenenergie, wird die Sole für den Betrieb der Solewärmepumpe genutzt. Vorteilhaft: Die Kollektoren arbeiten schon bei diffusem Licht und liefern dann nicht nur Strom, sondern auch Wärmeenergie. Mit dem PV-Strom wird unter anderem die Wärmepumpe betrieben.

Solange die Kombimodule die für den Betrieb der Wärmepumpe notwendige Vorlauftemperatur zur Verfügung stellen können, kommt die Wärme ausschließlich vom Dach. Erst nach Unterschreiten der Mindestvorlauftemperatur der Sole wird nach und nach Wärme aus dem Eisspeicher zugeführt.

Von Wasser zu Eis

Die Eisspeicherheizung nutzt die Energie, die beim Aggregatswechsel von Wasser zu Eis frei wird (siehe Kasten: So funktioniert die Eisspeicherheizung). Das Wasser befindet sich in einer zehn Kubikmeter großen Betonwanne, die ins Erdreich neben dem Feuerwehrhaus eingelassen wurde. Die für den Heizprozess nötige Solewärmepumpe ist im Feuerwehrhaus untergebracht.

„Der Eisspeicher hat den Vorteil, dass er nicht wärmegedämmt werden muss. Vielmehr nutzt der Speicher beim Abkühlen die ihn umgebende Erdwärme als zusätzliche Wärmequelle“, erläutert Michael Wölk. Bauartbedingt friert der Speicher von innen unten nach oben außen zu. Das Wasser wird nach oben verdrängt. Damit wird verhindert, dass eine Wasserblase eingefroren wird, die eine gewisse Sprengkraft hätte, wie es der Experte Wölk nennt.

Besserer Wirkungsgrad

Dem Eisspeicher wird zur Regeneration (sprich: zum Auftauen) über die Abwärme der Hybridkollektoren wieder Energie zugeführt. Das wirkt sich auch günstig auf die Solaranlage aus. „Beim Aufwärmen des Eisspeichers werden die PV-Module gekühlt. Kühlere Module haben einen besseren Wirkungsgrad und damit einen höheren Stromertrag“, erklärt Michael Wölk dieses technische Detail. Auch ohne Sonneneintrag wie zum Beispiel nachts oder bei Bewölkung liefern sie pro Modul 150 Watt Wärmeleistung, bei Regen sogar etwas mehr. Bei Schnee ist der Wärmeertrag der Hybridkollektoren allerdings geringer, und es wird kein Strom geliefert. „Bleibt die Anlage im Winter schneefrei, bekommen wir trotz Minustemperaturen schon bei diffusem Licht sofort einen ausreichenden Wärmeertrag und Strom“, weiß Michael Wölk.

Das System arbeitet effizient. Die Wärmepumpe kam im Jahr 2016 auf eine Jahresarbeitszahl von 4,38. Sie gibt den Gesamtwirkungsgrad übers Jahr an und ist maßgeblich für die Wirtschaftlichkeit. Der sogenannte Coefficient of Performance (COP) gibt den Wirkungsgrad der Wärmepumpe zu einem bestimmten Betriebszustand an. „Da wurde in Ellbach auch schon mal eine 6,4 erreicht“, freut sich Michael Wölk.

Beeindruckende Detailplanung

Auch im Inneren des Feuerwehrhauses beeindruckt Wölks Detailplanung. Im Altbau ersetzt eine wassergeführte Deckenheizung die in der abgehängten Hallendecke verbaute alte Elektrodeckenheizung. Im neuen Anbau entschied sich der Planer für eine Betonkernaktivierung. „Sie funktioniert im Prinzip wie eine Fußbodenheizung, wobei allerdings nicht nur der Estrich, sondern die ganze Betonbodenplatte aufgeheizt wird. Das ist ein exzellenter Langzeitspeicher, den man in Zeiten von Energieüberschuss durch PV-Strom und Umweltwärme tagsüber aufladen kann. Über Nacht kann er seine Energie wieder an den Raum abgeben“, erklärt Michael Wölk das Prinzip.

Sonnenenergie über den Bedarf hinaus wird zudem in zwei jeweils 900 Liter fassenden Pufferspeichern konserviert. Der Winter 2016/2017 hat gezeigt, dass die neue Heizung im Feuerwehrhaus Ellbach samt Eisspeicher richtig ausgelegt wurde. „Auch im Januar mit den wochenlangen Minustemperaturen war das System ausreichend, um das Gebäude zu heizen“, so der Planer.

Heizen für null Euro

Dass alle Komponenten wie Rädchen eines Uhrwerkes ineinandergreifen, ist vor allem dem Engagement von Michael Wölk zu verdanken. „Das gibt es nicht von der Stange“, ist er sich bewusst. Um auf dem Laufenden zu bleiben, ist ein Datenlogger in die Anlage integriert. Er zeichnet die Daten auf und kann über das Internet ausgelesen werden. Gerade am Anfang ermöglichte dies eine Feinabstimmung. Damit kann Wölk Zustände zurückverfolgen und noch „an dem einen oder anderen Schräubchen drehen“.

Unter Anrechnung der Einspeisung und damit also netto betrugen die Stromkosten für 2016 ganze 180 Euro – inklusive des Stroms für die Beleuchtung und der Ladegeräte für Funk, Fahrzeugbatterien usw. Wölk: „Ich gehe davon aus, dass wir das Gebäude für null Euro geheizt haben.“ (C) Bettina Krägenow

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