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Eisheizung – Heizen mit Eis – neue Heiztechnik, die tatsächlich funktioniert

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Eis als Energiequelle der Zukunft für Ihr Einfamilienhaus oder Gewerbe hört sich erst einmal paradox an. Mit einer Eisheizung bestehend aus einem Eisspeicher und einer Wärmepumpe ist es möglich zu heizen. Nachfolgend erhalten Sie Informationen über das Heizen mit Eis.

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Quelle: Foto + Information von www.eisheizung.com/ – Videobeiträge

Beim Gefrieren von Wasser wird Energie frei, die sog. Kristallisationsenergie. Diese Energie können wir nutzen. Beim Gefrieren von 1 kg Wasser bei 0°C wird soviel Energie frei wie beim Abkühlen von 1 kg Wasser von 80°C auf 0°C. Die Energie, die beim Gefrieren des Wassers freigesetzt wird, kann mittels Wärmepumpe nutzbar gemacht werden.

Heizen mit Eis?
Auch wenn es sich unlogisch anhört, die Wärme befindet sich im Eis!
Der Übergang von Wasser zu Eis setzt viel Kristallisationswärme frei.

Auszug Kristallisationswärme (de.wikipedia.org)
Die Kristallisationswärme (auch Erstarrungswärme genannt) wird freigesetzt, wenn ein Stoff seinen Aggregatzustand von flüssig nach fest ändert. Auf Grund des Energieerhaltungssatzes ist die freiwerdende Energie gleich groß wie die für das Schmelzen des Stoffes aufzuwendende Energie (siehe auch Schmelzwärme). Bei verschiedenen Stoffen ist die Erstarrungswärme (=Schmelzwärme) pro Kilogramm Masse unterschiedlich groß.

Praktisch lässt sich das Phänomen der Kristallisationswärme bei der Unterkühlung von Wasser beobachten. Wird Wasser erschütterungsfrei und langsam gekühlt, gefriert es bei null Grad Celsius nicht. Wasser lässt sich auf diese Weise bis auf einige Grad unter Null abkühlen (ohne „Anlagerungsstellen“ – ähnlich „Kondensationskeimen“ –- ist sogar eine Unterkühlung bis -30°C möglich, bevor sich die Wassermoleküle in ein Kristallgitter einordnen). Beispielsweise kann dann eine Erschütterung die Kristallisation spontan auslösen. Die Temperatur steigt durch die frei werdende Energie auf null Grad.

Wie viel Energie dabei frei wird lässt sich einem Beispiel zeigen.
Wird 80 Grad heißes Wasser auf 0 Grad abgekühlt erhält man 80 Energieeinheiten. Lässt man 0 Grad kaltes Wasser zu Eis werden, erhält man noch mal 80 Energieeinheiten die freigesetzt werden.

Das Wasser ist in einem künstlich angelegten unterirdischen Betonspeicher gespeichert und wird unter anderem von einer Solaranlage erwärmt. In dem Betonspeicher kann das Eis von der Mitte aus nach außen und oben “wachsen”, ohne den Betonmantel aufzusprengen. Wärmetauscher und Wärmepumpe entziehen dem Wasser während der Heizperiode so lange die Wärme, bis es zu Eis gefroren ist. Mit der gewonnen Energie können Einfamilienhäuser oder Gewerbeimmobilen je nach Jahreszeit und Bedarf geheizt werden.

Zu einer kompletten Eisheizung gehören Eisspeicher, Luftwärmepumpe, Pufferspeicher und Solarkollektoren für das Dach. Auf Wunsch statten wir Ihr individuelles ÖKO-ARCHITEKTENHAUS mit dieser neuen, effizienten Heiztechnik aus.

Im Sommer das Haus mit der Eisheizung kühlen.
Darüber hinaus wird die Effektivität noch gesteigert, da im Sommer die zur Verfügung stehende Kälte dazu genutzt werden kann das Haus zu kühlen. Dazu muss das System nur von heizen auf kühlen gestellt werden. Dabei wird dem Haus die Wärme entzogen und dem Eisspeicher wieder zugeführt. So taut das Eis wieder zu Wasser. Wird nicht auf Kühlbetrieb gestellt, wird das Eis durch die Energie der Solaranlage geschmolzen.

Die Eisheizung hat einen entscheidenden Vorteil gegenüber normalen Solaranlagen. Diese nutzen Wärme mit hoher Temperatur und speisen diese in das Heizungssystem ein. Die Eisheizung kann aber auch bei niedrigen Temperaturen bzw. wenig Sonneneinstrahlung durch einen Eisspeicher in Verbindung mit einer Wärmepumpe genutzt werden kann.

Der Markt ist momentan noch recht klein. Es gibt Betonspeicher in unterschiedlichen Dimensionen für Einfamilienhäuser oder große Gewerbeanlagen. Die wohl momentan kleinste Eisheizung auf dem Markt hat gerade einmal 90 x 90 Zentimeter großen Eisspeicher und passt somit sehr gut in jeden Keller.

Nimmt man die aktuellen Energiekosten beträgt die Amortisationszeit für eine Eisheizung je nach Anschaffungspreis etwa 6 – 10 Jahre. Durch die Inanspruchnahme von Fördermitteln und bei voraussichtlich steigenden Energiepreisen verkürzt sich diese Zeit entsprechend.

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Solares Heizen

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Mit modernen, technisch, hochwertigen Solaranlagen ist der Traum vom solaren Heizen in unseren Breiten Wirklichkeit geworden. Völlig unabhängig von Öl und Gas gewinnt die neue Solarheizung deutlich mehr Energie aus der Sonne als alle andere kombinierte Solarsysteme und das sogar rund um die Uhr.
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Ihr Vorteile auf einen Blick:
– Unabhängigkeit von Öl und Gas durch Kombination mit einer Wärmepumpe
– Eisheizung: geringer Platzbedarf durch kompaktes System
– Flexibilität und spätere Erweiterbarkeit
– Hohe CO2 – Einsparung – Ihr starker Beitrag zum Klimaschutz
– Wärmegewinnung ganzjährig mit dem Turbo im Sonnenkollektor
– Gute Wirtschaftlichkeit und geringe Verbrauchkosten

Mit der Sonne heizen
Mit dem technischen Fortschritt solarer Kombianlagen, die zusätzlich zum Warmwasser Wärme für die Heizung liefern, wächst die Bedeutung des solaren Heizens. Die auf dem Markt angebotenen unterschiedlichen Anlagenkonzepte unterscheiden sich kaum in ihrer Leistungsfähigkeit. Bei den Preisen der einzelnen Herstellerangebote lohnt sich allerdings ein genauer Blick.

Bei den staatlichen, öffentlichen Förderungen zahlt die Bundesregierung für Sonnenkollektoren zur Heizungsunterstützung 135 Euro pro Quadratmeter (aktuelle Werte bitte Anfragen, weil diese teilweise jährlich neu angepasst werden). Außerdem gibt es für solare Heizungsmodernisierungen zinsgünstige Darlehen im CO2-Gebäudesanierungsprogramm der bundeseigenen KfW-Kreditanstalt für Wiederaufbau.

Grundsätzlich lassen sich vier Konzepte für Kombisysteme unterscheiden.

1. Mit Zweispeicheranlagen hat die Geschichte des solaren Heizens begonnen. Dabei hat man den Warmwasserspeicher einfach mit einem Pufferspeicher für die Heizung ergänzt. Dafür genügen einfach konstruierte Speicher. Allerdings erhöhen sich die Wärmeverluste durch den zusätzlichen Speicher sowie der Aufwand, die Speicher miteinander zu verschalten.

2. Kompakter aufgebaut sind Einspeicheranlagen. Wie der Name sagt, liefert bei diesem System ein Speicher gleichzeitig Warmwasser und Wärme für die Heizung.

3. Kombispeicher wurden entwickelt, um beide Funktionen in einem Bauteil zu vereinen. Inzwischen gibt es sogar Kombispeicher mit integriertem Brenner. Sie sparen Platz im Heizungskeller und verringern den Montageaufwand. Nachteilig ist allerdings, dass sich die Speicherbereiche für die Warmwasserbereitung und den Heizungspuffer nicht getrennt nachheizen lassen.

4. Kombianlagen mit Rücklaufanhebung verzichten auf ein Puffervolumen im Speicher. Er besitzt nur ein Bereitschaftsvolumen, um das Trinkwasser / Brauchwasser zu erwärmen. Der angeschlossene Heizkessel liefert seine Wärme direkt an die Heizung. Das direkte Nachheizen und der fehlende Heizungspufferbereich sparen wegen der geringeren Wärmeverluste Energie ein. Ist die Wassertemperatur im Speicher höher als die Rücklauftemperatur im Heizkreislauf, kommt die Solaranlage zum Zuge. Das Rücklaufwasser wird durch den Speicher geleitet, dort erwärmt und erst anschließend dem Heizkessel zugeführt. Dieser muss nun weniger zuheizen. Ist die Differenz zwischen der angehobenen Rücklauf- und der Soll-Vorlauftemperatur jedoch zu gering, beginnen sogar ihre Leistung modulierende Brenner zu takten. Kaum dass er begonnen hat zu heizen, muss er schon wieder stoppen, weil die Solltemperatur schnell erreicht ist. Folge dieses Stop-and-go ist ein höherer Ausstoß von Schadstoffen.

Doch so sehr sich die Konzepte in ihrem Aufbau und ihren Komponenten unterscheiden, ähneln sie sich doch, wenn es um ihre Leistungsfähigkeit geht.
Das haben Wissenschaftler des Instituts für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW) der Universität Stuttgart bei ihren Untersuchungen herausgefunden, die das Bine-Info dokumentiert. Dazu haben sie die Systeme für ein nach der Wärmeschutzverordnung von 1995 gedämmtes Einfamilienhaus in Würzburg simuliert. Mit zehn Quadratmeter Kollektorfläche haben alle vier Systeme etwa 20 Prozent der konventionellen Heizenergie eingespart. Die Abweichungen lagen lediglich bei 0,5 Prozent.

Wichtiger ist deshalb, dass die Kombianlage aus einer Hand kommt oder ihre Komponenten zumindest aufeinander abgestimmt sind. Entscheidend für ein gutes Kombisystem ist nicht das Anlagenkonzept, sondern die richtige Auslegung und die Qualität der eingesetzten Komponenten. Bei der Entscheidung für ein bestimmtes Anlagenkonzept kommt es immer auf die Verhältnisse vor Ort an.

Dient beispielsweise ein Holzkessel als zusätzliche Heizquelle, muss ein Pufferspeicher vorhanden sein. Kann der Heizkessel seine Leistung nicht modulieren, macht eine Rücklaufanhebung keinen Sinn.

Entscheidend ist auch der Preis der Kombianlagen. Wie groß die Unterschiede je nach Hersteller sind, zeigt der kürzlich von der Stiftung Warentest erschienene Vergleich von elf auf dem Markt angebotenen Systemen. Zahlt man für das günstigste Angebot 7.310 Euro ohne Montage, muss man für das teuerste mit 22.660 Euro schon dreimal so viel auf den Tisch legen.

Mit Kollektorflächen zwischen sieben und 16 Quadratmetern sparen die vom ITW getesteten Systeme dafür jährlich zwischen 18 und 29 Prozent des Heizenergiebedarfs ein. Für die Leistungsfähigkeit und die technische Reife der Kombianlagen sprechen die Qualitätsurteile der Stiftung Warentest: Sie vergab zweimal die Note sehr gut, achtmal bewertete sie die geprüften Anlagen mit der Note gut. Nur ein Anbieter musste sich mit einem befriedigenden Urteil zufrieden geben.

Erfolg mit Kollektordächern – möglichst große Kollektorflächen für möglichst viel Solarertrag.
Einige Unternehmen installieren die größtmöglich dimensionierte Anlage, die sich mit dem Budget des Kunden verträgt. Warmwasseranlagen werden regelrecht abgelehnt, denn jede dieser Anlagen verhindert eine größere Solaranlage für die Heizungsunterstützung auf Jahre hinaus. Dabei gilt: „Sonnenenergie nur fürs Duschwasser rentiert sich kaum.“ Stattdessen werden auf Einfamilienhäusern möglichst großflächige Kollektorfelder als Solardach montier.

Mehr Kollektorfläche fürs Geld
Der Warentest-Vergleich ist zwar ganz nett, aber halbherzig. Die getesteten Anlagen sind wegen der hohen Stückkosten der Sonnenkollektoren zu teuer. Eine Anlage nach Großflächenkonzept haben zu einem vergleichbaren Preis von 12.000 Euro mit 20 Quadratmetern erheblich mehr Kollektorfläche zu bieten und können damit mehr Gas oder Öl einsparen. Zudem gibt es mehr Fördermittel, da diese nach der Kollektorfläche bemessen sind. Kombispeicher können auch wegen deren „störanfälligen Einbauteile“ kritisch betrachtet werden. Stattdessen setzen Solaringenieure auf einfache Speicher, die über ein Drei-Wege-Ventil in zwei Höhen beladen werden.

Doch was passiert mit der im Sommer nicht benötigten, dafür im Überschuss von den großen Kollektorflächen gelieferten Solarwärme? „Die Wärme bleibt einfach im Dach.“ Bei Speichertemperaturen um die 90 Grad Celsius stellt sich ein thermodynamisches Gleichgewicht ein. Die Wärmeverluste sind dann genauso hoch wie der Solargewinn der Sonnenkollektoren.

Den Kunden geht es heute nicht mehr in jedem Fall um die Amortisation. Sie wollen das Lebensgefühl haben, bei der Sonne aus dem Vollen schöpfen zu können.

Sonnige Aussichten
Rund ein Drittel der jährlichen Heizkosten lassen sich durch eine thermische Solaranlage einsparen. Das hat ein Test der Stiftung Warentest bestätigt (test 3/2009). Die Anlage mit dem höchsten Deckungsgrad ist 14 Quadratmeter groß und kostet komplett rund 10.000 Euro. Die Energieernte von 500 Kilowattstunden je Quadratmeter summiert sich für die Anlage auf 7.000 Kilowattstunden jährlich, das entspricht dem Energiegehalt von 700 Litern Heizöl.

Die Vakuumröhrenkollektoren im Test waren zwar spürbar teurer (bis 15.000 Euro), erzielten aber nur einen Mehrertrag von 25 Prozent. Jedoch kommen sie mit einer geringeren Dachfläche aus und eigenen sich deshalb besonders für Dächer, auf denen wenig Platz zur Verfügung steht. Wer es günstiger haben will, für den bietet sich die Sunset Anlage an, die zehn Quadratmeter groß ist und nur 6.000 Euro kostet. Immerhin spart man mit diesem Modell, das die Note „gut“ erhielt, 22 Prozent Heizkosten.

Größere PV-Anlagen sind deutlich günstiger
Lediglich ein „befriedigend“ erhielt die 15.600 Euro teure Consolar-Anlage mit Vakuumröhrenkollektoren. Der Pufferspeicher ist meist 800 bis 1.000 Liter groß und im Preis enthalten. Beim Neubau spart man also die Kosten für einen Warmwasserspeicher. Die Montagekosten sind im Preis nicht enthalten. Im Sommer kann man den Heizkessel in den Sommerschlaf schicken, die Solaranlage übernimmt die komplette Warmwasserbereitung.

Im Modellhaus errechnete die Stiftung Warentest Brennstoffeinsparungen von bis zu 8.500 Euro über 25 Jahre, ohne dass dabei bereits künftige Energiepreissteigerungen berücksichtigt wurden. Für die Wirtschaftlichkeit spielt die staatliche Förderung eine Rolle und auch die kräftigen Rabatte, die sich durch geschicktes Verhandeln mit dem Installateur erzielen ließen. Unter dem Strich bewegen sich die großen Solaranlagen je nach konkreten Randbedingungen durchaus schon im Bereich der Wirtschaftlichkeit. Jeder Neubau sollte mit Solaranlage geplant und gebaut werden, zumal die Installationskosten in einem Neubau vergleichsweise gering sind.

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