Fachbeitrag Heizen und Kühlen mit dem Eisspeicher

Eis wussten schon die alten Bierbrauer im Keller zu horten, um in den warmen Sommermonaten damit das Bier zu kühlen. „Beim Begriff Eis-Wärme-Speicher setzen viele Menschen dann aber schon einen ungläubigen Blick auf“, ist die Erfahrung von Leitec-Geschäftsführer Bernd Apitz. Denn mit der Umwandlung von Wasser in Eis zu heizen ist schon ungewöhnlicher - auch wenn eigentlich nur das alte Kühlschrank-Prinzip dahintersteckt. Im Firmengebäude von Leitec Gebäudetechnik senkt solch ein moderner Eis-Wärme-Speicher in Verbindung mit effizienten Wärmepumpen, „intelligenten“ Heizkörpern, einer Photovoltaikanlage und einer Absorberanlage die Energiekosten. Beim Heizen im Winter entzieht eine Wärmepumpe dem flüssigen Wasser im Speicher die Wärme, bringt diese mittels einem Verdichter auf ein höheres Temperaturniveau und führt die Wärme schließlich dem Heizsystem zu. Dagegen muss beim Kühlen das Temperaturniveau des Eiswassers nicht weiter verändert werden. Der Verdichter der Wärmepumpe bleibt dabei „passiv“: Bei der passiven Kühlung überträgt eine Umwälzpumpe das vorhandene niedrige Temperaturniveau des Eiswassers direkt in das Heizsystem und führt es auf diesem Weg in die Innenräume. Dort kommen je nach Nutzung und Beschaffenheit der Räume Geräte zum Einsatz, die speziell auf Heiz- und Kühlbetrieb ausgelegt sind.

Heizkörper, die wärmen und kühlen

In seinen Büroräumen setzt Leitec Heizkörper von Jaga ein, die für den zusätzlichen Kühlbetrieb im Sommer ausgelegt sind. Sobald der Kühlbetrieb zentral über das Pumpensystem aktiviert ist, lässt sich ohne zusätzlichen Aufwand die Klimatisierung am Heizkörper aktivieren. Statt einer roten LED für den Heizdurchlauf signalisiert nun eine blaue LED den Kühlbetrieb. Drei sogenannte Refresh-Stufen lassen sich dabei anwählen. Beim Heizbetrieb liefern die Wärmepumpenheizkörper bis zu 300 Prozent mehr Wärme als herkömmliche Heizkörper, und das bei niedrigen Vorlauftemperaturen von circa 30 °C.Eine besondere Herausforderung waren dabei die großflächig verglasten Besprechungsräume. Anstatt verbrauchsintensive Klimaanlagen zu installieren, suchte das Unternehmen eine möglichst effiziente und intelligente Lösung, die sich mit Sole-Umwälzpumpen realisieren lässt. Jaga hat hierfür Bodenkonvektoren entwickelt, die eigens für den Einbau in Räumen mit großen Glasflächen konzipiert sind. Ihre niedrige Bauhöhe ab acht Zentimeter erlaubt einen optisch unauffälligen Bodeneinbau direkt vor den bodenlangen Fenstern. Dort geben die Geräte wärmende oder kühlende Luft als reine Konvektion ab. Dank eines modernen Low-H 2O-Wärmetauschers mit niedrigem Wasserinhalt und einem hohen Wärmeleitkoeffizienten sind die Bodenkonvektoren optimal geeignet für niedrige Vorlauftemperaturen von etwa 8°C bei Kühlung. Ein weiteres System schützt die teilweise empfindliche Elektrotechnik im Technikraum des Firmengebäudes vor Überhitzung und Ausfall. Denn hier läuft jegliche Gebäudesteuerungstechnik zusammen, wie die Wechselrichter der Photovoltaikanlage, Verteileranlagen und Serverschränke. Zusammen erzeugen die Geräte eine Wärmeverlustleistung von bis zu 13 kW. Ohne Kühlung steigen die Temperaturen im Sommer schnell auf 30 bis 40°C. Wassergefüllte Kühlkassetten von Stiebel Eltron unter die Zwischendecke führen Eiswasser direkt in den Raum und kühlen ihn auf technikfreundliche 20°C herunter.

Kältevorrat von Januar bis September

Der im Erdreich des Firmengeländes verbaute 10 mal 6 Meter große Eisspeicher von Isocal fasst bis zu 400.000 Liter und liefert eine maximale Speicherkapazität von etwa 34.000 kWh. Seine Vorteile kann Leitec den ganzen Sommer nutzen. Die Temperaturaufzeichnungen aus dem Eisspeicher belegen im Jahresverlauf bis hinein in den September und den Beginn der neuen Heizperiode, dass die Temperatur um 0°C liegt. Auch umgekehrt weist die Eis-Wärme-Speichertechnologie eine hohe Wirksamkeit auf. Während vielerorts durch den langen Winter 2012/2013 die Heizkosten um bis zu 20 Prozent höher ausfielen, war das Betriebsgebäude mit Hilfe des Speichers noch bis Mitte Mai kosteneffizient voll beheizt. Apitz erklärt: „Wir haben die Erfahrung gemacht, dass selbst eine intensive winterliche Sonnenlage dazu beiträgt, dass auch im tiefsten Januar viel Wärmeenergie über die Absorberfläche des Daches in den Eis-Wärme-Speicher eingelagert werden konnte.“ „Natürlich benötigen auch die Wärmepumpen Strom, was bei der Rentabilitätsrechnung zu beachten ist“, gibt Apitz zu bedenken. Daher war der Einsatz verbrauchsarmer Hocheffizienzpumpen von Wilo für den Geschäftsführer von vornherein Bedingung. Diese zeigen zudem alle wichtigen Messdaten auf und speichern sie. Das riesige Photovoltaik-Segel am Gebäude mit seinen insgesamt 906 Dünnschichtmodulen von Avancis erzeugt eine Jahresgesamtleistung von 110.000kWh. Die Pumpen laufen somit über den selbst produzierten Strom, dadurch beschränken sich die Betriebskosten, etwa für Wartung, auf rund 200 Euro im Jahr. In Anbetracht der Energieersparnis für Kühlung und Klimatisierung sowie eines Gesamtenergieüberschusses von rund 50.000 kWh im vergangenen Jahr sieht Bernd Apitz mit dem Energiekonzept für sein Firmengebäude dem kommenden Winter trotz steigender Energiepreise gelassen entgegen.