Solareisspeicher: Heizen mit Sonne und Eis

Wärmepumpen sind beim Heizen erste Wahl. Fast 90 Prozent der neuen Wohnhäuser werden dank dieser Technik mit CO2-armer Wärme versorgt. Jede dritte Neuanlage nutzt dazu die konstante Wärme des Erdreichs. Doch woher diese Energie nehmen, wenn aus Gewässerschutzgründen keine Erdsonde in die Tiefe versenkt werden darf? Ein unterirdisches Wasserbassin bietet sich daher – unabhängig von der Qualität des Untergrunds – als alternative lokale Energiequelle an. Dieser Tank ist ein sogenannter Solar-Eisspeicher, der zwei Energiedienstleistungen anbieten kann: Er liefert die Ausgangswärme für eine Wärmepumpen-Heizung und sorgt im Sommer für eine Gebäudekühlung. Ergänzend dazu kann sie mit einer thermischen Solaranlage kombiniert werden. Das seit einigen Jahren in Deutschland und in der Schweiz erprobte Solareis-Speicher-Heizsystem besteht aus folgenden drei Komponenten:

• dem unterirdischen Solareis-(Wasser-)tank
  
• einer Wärmepumpe
  
• unverglaste Sonnenkollektoren für eine hohe Wärmeproduktion.

Energiespeicher: die Eiskristalle

Der Solareisspeicher enthält an sich nur Wasser, in dem ein Rohrgeflecht aus Wärmetauschern schwimmt. Das Funktionsprinzip ähnelt einem Gefrierschrank: Beim Heizen wird Wärme aus dem Wassertank gezogen, wodurch die Temperatur im Tank bis 0 ºC sinkt. Auch eine Eisbildung ist explizit erlaubt. Denn so entsteht Kristallisationsenergie: Gefriert Wasser zu Eis, bilden sich Kristalle und setzen eine enorme Wärmeenergie frei. Der Wärmeinhalt ist gleich gross wie der Energiebedarf, um Wasser von 0 auf 80 °C aufzuheizen.

Die Vereisung des Speichers ist jedoch reversibel. Hier kommt die thermische Solaranlage ins Spiel: Der Sonnenkollektor liefert ständig Energie in den Eisspeicher nach, wodurch der Gefriervorgang bis zum Ende der Heizsaison verzögert werden kann. In der warmen Saison taut das Wasser im unterirdischen Tank wieder auf und erwärmt sich soweit möglich. Im Sommer lässt sich der kühle Tankinhalt nach Bedarf zur Gebäudekühlung nutzen. Die Solaranlage kann derweil zusätzlich zur Erwärmung des Brauchwassers eingesetzt werden.

Praxis: für Einfamilienhäuser geeignet

Verbreitung fand die Solareistechnik anfänglich im Gewerbe, in Hotelanlagen oder bei Archiven, die einen schnell wechselnden Energiebedarf besitzen, respektive wo innert Tagesfrist vom Kühl- auf Heizbetrieb umgestellt werden muss. Inzwischen eignet sich das System auch für Wohn- und Einfamilienhäuser: Der Solareisspeicher ist bei Kleinanwendungen ein rund 12 m3 grosser Betontank, der im Vorgarten eingegraben wird. Der Wasserinhalt stammt aus Meteor- oder Regenwassersammlern vor Ort. In der Praxis sind einige Dutzend Referenzanlagen realisiert; die verfügbaren Standardsysteme beschränken sich aber auf wenige Marktanbieter.

Die Anschaffungs- und Installationskosten für das Solareis-Speichersystem sind vergleichbar einer Wärmepumpe mit Erdsonden. Der Strombedarf im Betrieb ist im Direktvergleich geringer, weil die Speicherfunktion einen energieeffizienteren Betrieb erlaubt. Diese Erkenntnisse stammen aus unabhängigen und vom Bundesamt für Energie unterstützten Forschungsarbeiten und Praxistests.