isocal eisspeicher by Manuel Fey

isocal Pressespiegel

ÜBER ISOCAL isocal wurde im Jahr 2005 von Alexander von Rohr gegründet. Seine Vision, ein sicheres und zugleich umweltfreundliches Energiekonzept zu einem attraktiven Preis-Leistungsverhältnis zu entwickeln, wurde mit seiner Erfindung des SolarEis-Systems Wirklichkeit. isocal ist Marktführer für innovative, umweltschonende und hocheffiziente Lösungen von Heiz- und Kühlsystemen auf Basis einer innovativen Speichertechnologie, die Energie über viele Monate im kostengünstigsten Speichermedium, nämlich Wasser, konserviert.

Pressekontakt: isocal HeizKühlsysteme GmbH Donaustr. 12 88046 Friedrichshafen presse@isocal.de

Greenbuilding Ausgabe Dezember 2010

Bautechnik

www.greenbuildung.de

Innovative „SolarEis“-Speichersysteme laufen herkömmlichen Wärmepumpen den Rang ab

Energiekosten einfach einfrieren Beim Heizen und Kühlen von Wohnhäusern oder Gewerbeflächen sind sie extrem zuverlässig, höchst effizient und können deutlich mehr als alle vergleichbaren Konzepte. Die Rede ist von Eisspeichern – genauer: von „SolarEis“-Systemen. Nein, dabei geht es nicht etwa um eine neue Kühlschrankmarke – es geht um die konsequente Weiterentwicklung der ebenfalls noch recht jungen Wärmepumpentechnologie. Das Ziel: Energiekosten drastisch senken und mithilfe der fünf Elemente Sonne, Luft, Erde, Wasser und Eis auf niedrigem Niveau einfrieren. Text: Uwe Herzog Fotos: Isocal

eine umweltfreundliche und sparsame Versorgung mit Heizenergie und warmem Wasser. Die Krux: nicht jede Wärmepumpe ist auch für jedes Gebäude geeignet – und keines der genannten herkömmlichen Verfahren ist bisher wirklich ausgereift: !

Rund 350.000 Wärmepumpen wurden bisher in Deutschland installiert – ein Boom, der kaum zu stoppen ist. Und tatsächlich spricht viel für diesen vielleicht wichtigsten Trend in der Gebäudetechnik: Herkömmliche Wärmepumpen beziehen ihre Heizenergie nicht aus fossilen Rohstoffen, sondern aus der natürlichen Erd-, Grundwasser- oder Lufttemperatur. Diese meist

relativ kühlen Temperaturquellen werden in einer Art „umgekehrtem Kühlschrankeffekt“ in Wärme umgewandelt – mit unterschiedlich hohem Aufwand. Mal werden Erdkollektoren großflächig im Garten installiert, mal sind Bohrungen in großer Tiefe erforderlich, mal genügt ein einfacher Stellplatz für eine Luftwärmepumpe. Jedes dieser Konzepte ermöglicht grundsätzlich

Für eine Erdwärmepumpe ist zunächst eine ausreichende Gartenfläche erforderlich, auch sollte die Installation möglichst vor der Erstbepflanzung durchgeführt werden. Doch auch später noch können Schäden an den Rohrleitungen auftreten – etwa durch starken Wurzelwuchs von Bäumen und Sträuchern. Bei der Nutzung des Grundwassers für die Erzeugung von Heizenergie ist meist ein aufwendiges Genehmigungsverfahren durch die örtliche Wasserbehörde Pflicht. Die Bohrungen sind zudem teuer und mit gewissen Risiken für die Bausubstanz der umliegenden Gebäude verbunden. So zeigten sich etwa im Schwarzwaldstädtchen Staufen nach umfangreichen Erdwärmebohrungen Risse an 256 Häusern – ein Schaden von mehr als 40 Millionen Euro. Völlig „ungefährlich“ sind dagegen Luftwärmepumpen – allerdings erreichen sie nicht immer die erforderliche Vorlauftemperatur und müssen daher nicht selten durch klassische Öl- und Gasheizbrenner unterstützt werden.

12|10 greenbuilding

Bautechnik

1 Gefriervorgang: Beim Übergang von Wasser zu Eis entsteht Kristallisationswärme – und damit viel Energie. 2 Großprojekt: Wenn alle Wärmetauscherleitungen verlegt sind, kann der Eisspeicher betoniert werden. 3 Angepasst: Bei größeren Projekten bietet sich ein individueller Aufbau der Konstruktion vor Ort an. 4 Fertigprodukt: Genormte Eisspeichergrößen passen gut unter die Garage.

Der entscheidende Nachteil aller drei genannten Wärmepumpen-Systeme ist jedoch ihre Abhängigkeit von natürlichen Standort- und Klimabedingungen, die sich oft nur schwer vorhersehen und steuern lassen. Um diese Schwächen zu umgehen, setzen findige Eigenheimbesitzer, Unternehmen und öffentliche Einrichtungen bei Neubauten und Modernisierungen neuerdings auf ein sogenanntes „SolarEis“-Speichersystem.

Das „SolarEis“-System nutzt fünf Elemente Das Grundprinzip: Anstatt sich nur auf eine natürliche Energiequelle zu verlassen, werden gleich mehrere „Naturgewalten“ gleichzeitig genutzt: Sonne, Luft, Erde, Wasser – und Eis. Erfinder dieser „optimalen Wärmepumpe“ ist der Friedrichshafener Ingenieur Alexander von Rohr, der zusammen mit Heiko Lüdemann eine eigens für das Projekt gegründete Manufaktur am Bodensee betreibt – die isocal HeizKühlsysteme GmbH (www.isocal.de). Das hier gefertigte „SolarEis“-System wurde bereits 2006 mit dem „Innovationspreis der deutschen Gaswirtschaft“ und jüngst auch mit dem Innovationspreis des „Deutschen Industrieund Handelskammertages“ 2010 ausgezeichnet . Es besteht aus mehreren Komponenten:

12|10 greenbuilding

Das zentrale Element ist der Eisspeicher. Dabei handelt es sich um einen isolierten Wassertank, der in einer Tiefe von etwa vier Metern in den Erdboden eingelassen wird. Bei Wohnhäusern geschieht dies meist unter der Garage. Das Fassungsvermögen reicht dabei von etwa 10 bis 15 Kubikmetern für Einfamilienhäuser und bis zu tausend bei Gewerbegebäuden. Einmal im Erdboden versenkt, nimmt das Wasser dort zunächst die natürliche Erdwärme der Bodenschichten auf und macht sich diese für die spätere Energiegewinnung zunutze. Zugleich werden die Temperaturbedingungen im Tank durch einen übererdigen Kollektor beeinflusst, der – meist auf dem Hausdach montiert – seine Energie sowohl aus der vorhandenen Lufttemperatur als auch aus der Sonnenkraft bezieht. Dieser „SolarLuft“-Kollektor speichert die Wärme selbst noch bei Dunkelheit und Regen und lagert sie über ein entsprechendes Leitungssystem im „SolarEis“Speicher ein. Im Sommer wird die Solarwärme genutzt, um das Brauchwasser zu erwärmen – im Winter bietet der Kollektor eine kräftige Heizunterstützung. Nun kommt die Wärmepumpe ins Spiel: Sie versorgt das Gebäude mit der nötigen Raumwärme, die zuvor durch Sonnenenergie, Lufttemperatur oder

Erdwärme im „SolarEis“-Speicher erzeugt wurde. Dabei kommt eine spezielle „GasAbsorptions“-Wärmepumpe mit einer Leistung von mindestens 40 kW zum Einsatz, die von einem Gasbrenner angetrieben wird. Um auch jederzeit ausreichende Mengen an warmem Wasser zur Verfügung zu stellen, wird zusätzlich ein Warmwasserspeicher im Gebäude installiert. Dieser speist sich zunächst aus der Sonnenwärme, die der „SolarLuft“-Kollektor erzeugt. Scheint die Sonne nicht, springt die Wärmepumpe automatisch auf die Versorgung mit Wärmeenergie aus dem „SolarEis“-Speicher um. Ein speziell für dieses komplexe System entwickelter Regler kontrolliert die einzelnen Komponenten: der „SolarEis“Manager. Damit legen die Bewohner beispielsweise fest, ob die Wärme des über-

Bautechnik

5 Im Doppel: Die Kombination von zwei Eisspeicher-Tanks verspricht eine höhere Energieausbeute.

irdischen „SolarLuft“-Kollektors sofort für Warmwasser verwendet oder aber zunächst im unterirdischen „SolarEis“-Speicher eingelagert werden soll.

Eine Art Hightech-Renaissance von Großvaters Eiskeller? Erfinder Alexander von Rohr meint dazu: „Einen Eiskeller zuhause im Garten zu haben, wie die Generation unserer Großeltern das kannte, kann auf diesem Wege wieder zum Alltag werden und kostengünstig für das richtige Klima sorgen.“ Doch woher stammt die enorme Energiemenge, die ein moderner „SolarEis“-Speicher erzeugt? Alexander von Rohr: „Das Geheimnis beruht auf einem einfachen physikalischen Prinzip: Wenn Wasser zu Eis gefriert, entsteht die sogenannte Kristallisationswärme. Diese freigesetzte Wärmemenge entspricht derselben Energiemenge, die man gewinnt, wenn man Wasser von 80 Grad Celsius auf Null Grad Celsius herabkühlt. Das Problem: Bisher konnte dieser Effekt nicht genutzt werden, da die dabei auftretende Sprengwirkung des Eises technisch nicht beherrschbar war.“

6 Optimierung: Messarbeiten im inneren eines Eisspeichertanks.

Am Gefrierpunkt wird Wärmeenergie frei Das „SolarEis“-System verhindert durch seine neuartige Technologie die Sprengung des Eises zuverlässig. Der Clou: Der Kristallisationsprozess kann nun nicht nur hundertprozentig beherrscht, sondern auch gezielt gesteuert – und vor allem – fast beliebig hinausgezögert werden. Dabei wird der Gefrierpunkt über Monate hinweg immer wieder eingeleitet, gestoppt und aufs Neue gestartet. Und immer wieder aufs Neue wird eine enorme Menge an Kristallisationswärme freigesetzt. Alexander von Rohr: „Dieses physikalische Phänomen kommt der extrem hohen Effizienz der Anlage im Betrieb über den gesamten Jahreszyklus hinweg zugute.“

Kostenneutrale, umweltschonende Klimaanlage im Sommer Mit dem „SolarEis“-System kann man jedoch nicht nur im Winter heizen, sondern im Sommer auch die gespeicherte Kälte zum aktiven Kühlen von Wohn- und Arbeitsräumen verwenden. Der „SolarEis“-Speicher wird damit zur nahezu kostenneutralen

und umweltschonenden Klimaanlage. Es ist lediglich eine kleine Umwälzpumpe nötig, die den Kaltwasserkreislauf zwischen Gebäude und Eisspeicher aufrecht erhält. Besitzer von Photovoltaik-Anlagen können sich zudem über einen äußerst gewinnbringenden Nebeneffekt freuen: Die Kühlung aus dem Eisspeicher kann ohne großen Aufwand an besonders heißen Sommertagen auch für die Module genutzt werden. Damit lassen sich die bei Überhitzung von PV-Anlagen einsetzenden Energieverluste ausgleichen – die „SolarEis“-Kühlung bringt hierbei in der Praxis zwischen 25 und 30 Prozent Energiegewinn. Das Ganze ist trotz seiner zahlreichen physikalischen und technischen Finessen nicht nur äußerst flexibel, sondern auch erstaunlich leicht zu installieren und lässt sich ebenso leicht steuern. Dabei deckt das „SolarEis“-System bei entsprechender Auslegung sowohl den Wärme- als auch den Kältebedarf von Gebäuden aller Größenordnungen hundertprozentig und ganzjährig ab – vom Eigenheim bis zum Bürokomplex. Zu den Nutzern gehören nicht nur immer mehr „Häuslebauer“, sondern auch Hotels und Verwaltungsgebäude. !

Uwe Herzog

Jg. 1959, ist Fachjournalist sowie Foto- und Mediendesigner; nach langjähriger Tätigkeit für die ARD, Tagespresse und Zeitschriften wie den „Stern“ ist Uwe Herzog mittlerweile überwiegend für Fachmedien und Corporate Publishing Magazine tätig. Er schrieb zuletzt u. a. für das mehrfach preisgekrönte Entscheidermagazin „Issues“, „Erneuerbare Energien“ und das Supplement „Regenerative Energien“. Außerdem realisierte er ein Klimaschutzportal für einen internationalen Elektrotechnikkonzern. Zu seinen Themenschwerpunkten zählen vor allem Aspekte der Architektur und Gebäudetechnik sowie Energie- und Umweltthemen. mail@uweherzog.com; www.uweherzog.com

12|10 greenbuilding

e21 - energie für morgen technik & innovation Ausgabe November 2010 www.e21online.de

HEIZEN MIT EIS – INNOVATIVE ENERGIE FÜR HOTELS. Wegen ihres hohen Klimatisierungs- und Warmwasserbedarfs gehören Hotels zu den energieintensiven Gebäuden. Nicht zuletzt ihre Wellness-Bereiche machen sie zu Energiefressern. Solch klimatischer Aufwand ist nicht nur ein kritischer Kostenfaktor, in Zeiten ökologischen Bewusstseins verträgt sich das auch nur schwer mit einem grünen Image. Auf der Suche nach nachhaltigen Lösungen wird sogenanntes „Solareis“ interessant, das wirtschaftliches Heizen im Winter mit einem fast kostenneutralen Kühlen im Sommer verbindet.

technik & innovation

VON HEIKO LÜDEMANN Energie- und Kosteneinsparungen von 50 Prozent beim Heizen und 99 Prozent beim Kühlen: Diese Aussichten haben die Betreiber des Fünf-Sterne-Hotels „Riva“ in Konstanz dazu bewogen, beim Neubau des Hotels im Jahre 2007 energetisch einen vollkommen neuen Weg zu beschreiten. Anstatt auf herkömmliche Systeme zurückzugreifen, heizt und kühlt das Bodensee-Hotel mit „Solareis“. Das System deckt den gesamten Heiz- und Kühlbedarf (500 Kilowatt) des Hauses mit 52 Zimmern, drei Konferenzräumen, einer Bar, zwei Restaurants, zwei Küchen und einem Wellnessbereich mit Swimmingpool. Mit dieser neuartigen Klimatechnik, die von der Friedrichshafener Isocal-GmbH entwickelt wurde, konnte das Hotel seine Kühl- und Heizkosten im Vergleich zu üblichen Kühl- und Heizsystemen deutlich niedriger halten: Bei den jährlich Heizkosten spart das „Riva“ rund 12.000 Euro ein, bei Kühlkosten liegt die Kostenersparnis bei rund 20.000 Euro. Insgesamt konnte das Hotel Riva seinen CO2-Ausstoß mit dem Solareis-System um über 100 Tonnen reduzieren. Seither sind weitere Hotels diesem Beispiel gefolgt. Nicht nur wegen der Kosten, gerade bei Wellness-Hotels kommt es auch auf ein klimafreundliches Image an.

Eis als effiziente Wärmequelle Mit Eis zu heizen, erscheint im ersten Moment zwar paradox. Tatsächlich beruht dieses Heizsystem jedoch auf bewährten Prinzipien: Seit jeher überlegten sich Menschen, wie sich die Wärme des Sommers für die nächste Heizperiode speichern bzw. ob sich die Kälte des Winters für den folgenden Sommer nutzen lässt. Im Mittelalter bauten sie Eisgruben und Eishäuser, um Fleisch und verderbliche Waren im Sommer zu kühlen. Im 19. Jahrhundert lagerten Brauereien ihr Bier in riesigen Eiskellern und stachen dafür im Winter Eisplatten aus den Teichen und Seen. Das Kühlen mit Eis hat so gesehen eine lange Tradition. Das Solareis-System kühlt jedoch nicht nur mit Eis, sondern heizt zugleich mit ihm. Das ist dank eines physika-

www.e21online.de

e.21 kompakt Luftkollektoren Die Luftheizung wurde schon vor 120 Jahren erfunden. Das Grundprinzip ist ähnlich wie bei Solarkollektoren, nur dass statt Wasser oder Öl Luft als Wärmeträger verwendet wird. In der Regel sind die Wärmesammler, sogenannte Absorber, in eine Metallwanne eingelegt, welche die Wärmeenergie der Sonnenstrahlen an die darunter strömende Luft weitergeben. Solar-Luftabsorber reagieren schneller als Wasserkollektoren, da sie zum Aufheizen weniger Sonneneinstrahlung benötigen. Ein Ventilator transportiert die erwärmte Außenluft ins Gebäude, wo sie ein Rohrsystem verteilt. Ein Luftkollektor kann Räume heizen, belüften oder Feuchtigkeit trocknen.

lischen Grundprinzips möglich: Verwandelt sich Wasser zu Eis, wird eine sehr große Wärmemenge – die Kristallisationswärme – frei. Diese Wärme kann zum Heizen genutzt werden, indem einem künstlich angelegten unterirdischen Wasserspeicher die enthaltene Energie entzogen wird, bis das Wasser zu Eis gefriert. Dieser Wasser- bzw. Eiskeller kann beispielsweise unter dem Garten oder unter einer Garage angelegt werden. Wegen dieser unproblematischen Unterbringung können Eisspeicher nicht nur bei Neubauten eingebaut werden, auch Altbauten können oft ohne größere Schwierigkeiten nachgerüstet werden. Die Größe des Speichers variiert dabei mit der Größe des zu heizenden bzw. zu kühlenden Gebäudes.

Winterkälte für den Sommer – Sommerwärme für den Winter Wechselt das System im Frühjahr vom winterlichen Heiz- in den sommerlichen Kühlbetrieb, nimmt das unterirdische Eis im Speicher die überschüssige Wärme des Gebäudes auf und kühlt dieses. Ohne großen energetischen Zusatzaufwand kann die im Eis gespeicherte Kälte also zur Klimatisierung der Gebäude genutzt werden. Gleichzeitig wird die dem Gebäude entzogene Wärme dem unterirdischen Eisspeicher zugeführt, wodurch das

technik & innovation

Das im Bodenseehotel realisierte Klimatisierungskonzept besteht aus einer vierstufigen, gasbetriebenen Sole/Wasser-Absorptionswärmepumpenanlage, einem 170 Kubikmeter Eis- und Wasserspeicher, einem Luftabsorber in Flachdachausführung, einem Abgaswärmetauscher zur Einbindung der Abgaswärme in den Sole- bzw. Warmwasserkreislauf sowie aus einem Wärmetauscher zur Einbindung der Abwärme. Durch die Solar- und Luftkollektoren wird bei der Beheizung und Warmwasserbereitung eine besonders hohe Effizienz erreicht – selbst ohne direkte Sonneneinstrahlung.

Eiskeller mit gebändigter Sprengwirkung

Foto: Isocal

Wird Wasser zu Eis, dehnt es sich aus. Dieser physikalische Umstand wird bei Solareis-Anlagen zu einer besonderen Herausforderung, denn es muss verhindert werden, dass das Eis seinen Kellerspeicher aufsprengt. Ein eigens entwickeltes und patentiertes Verfahren unterbindet diese Sprengwirkung und ermöglicht es, die Kristallisationswärme, die beim Übergang des Aggregatzustandes „flüssig“ (Wasser) in den Aggregatzustand „fest“ (Eis) entsteht, zu nutzen. Anders als geothermische Anlagen, die durch die Abkühlung oder Vereisung des Erdreichs eine Leistungsminderung erleiden können, liefert ein Eis-Speicher konstante und berechenbare Ergebnisse. Der Keller-Gletscher: Wer Eis bunkert, kann die Gesetze der Physik nutzen und damit im Sommer kühlen und im Winter heizen.

Eis zu schmelzen beginnt und sich der Speicher immer weiter erwärmt. Übrig bleibt „nur“ warmes Wasser. Das System regeneriert sich somit von selbst und ist bereit für die kommende Heizperiode. Das Solar-Eis-System besteht aus einem im Boden eingebautem Wasserspeicher mit einer patentierten Wärmetauscheranordnung, aus Solar- und Luftkollektoren sowie aus einer Steuerungseinheit. Unterstützt wird das Verfahren durch die zusätzliche Nutzung von regenerativen Energien aus Sonne, Luft und erdnahen Bodenschichten. Zusammen mit der Wärmeenergie des Wassers und der Kristallisationsenergie von Eis im unterirdischen Speicher kommen insgesamt fünf regenerative Energien zum Einsatz. Das erhöht die Verlässlichkeit des Systems. Denn grundsätzlich gilt: Je mehr regenerative Energiequellen in einem System eingesetzt werden können, desto stabiler kann es über das gesamte Jahr hinweg genutzt werden. Das Ausbleiben des Sonnenbeitrages bei Nacht oder bei wolkenverhangenem Himmel kann auf diese Art und Weise über längere Zeit kompensiert werden.

Zur Errichtung des Eisspeichers wird keine Bohrgenehmigung benötigt. Da von einem unterirdischen EisSpeicher kein Risiko für Erdreich oder Grundwasser ausgeht, kann er sogar in Grundwasserschutzgebieten eingesetzt werden. Auch das vereinfacht die Genehmigungsverfahren. Da die CO2-Belastung nahezu gleich null ist, gilt das System des Wasser-Eis-Speichers als besonders umweltfreundlich und sicher. Nicht zuletzt deshalb wurde das System bereits im Jahr 2006 mit dem Preis der Deutschen Gaswirtschaft ausgezeichnet. Auch der Markt signalisiert wachsendes Interesse: Weitere Hotels – am Bodensee, auf der Insel Langeoog oder in Frankfurt – steigen auf das System um und auch erste Gewerbeparks werden demnächst mit einer zentralen Solareis-Anlage ausgerüstet.

Kontakt Heiko Lüdemann Geschäftsführer Isocal GmbH h.luedemann@isocal.de www.isocal.de

e. 21 - energie für morgen

4.10

Mensch und Umwelt gestaltet wird. Die Niedertemperatur-Heizflächen erzeugen ein Wohlfühlklima. Der Einsatz von Solar- und Geothermie schont die Umwelt, die CO2-Emission wurden um rund 75 Prozent gesenkt. Die Solarkollektoren sind optisch ansprechend in das Gebäude integriert, praktisch unsichtbar. Die Anlage erzeugt eine angenehme und gleichmäßige Wärme und Kälte. Es gibt keine Räume mit unterschiedlichen Wärmezonen. Ähnlich verhält es sich beim

Design-Qualität. In Son Vida auf Mallorca ließ das Unternehmen für zwei Villen ein Energie-Konzept von Immosolar entwickeln.

Empfinden erzielt – auf Basis umweltfreundlicher Technologien, die die Energiekosten senken und sich mittelfristig amortisieren. Im Vergleich zu einem vergleichbaren herkömmlichen System lassen sich laut Immosolar mit diesem konzipierten Geosolarthermie-System 80 bis 90 Prozent der Energiekosten einsparen. Durch den patentierten IS EnergyController werden bis zu 20 Prozent höhere solare Erträge erzielt als bei gewöhnlichen Lösungen.

Der Bauunternehmer Ausgabe Oktober 2010

Zielsetzung: Maximale Nutzung solar erzeugter Energien für die Gebäudeheizung und für den wirtschaftlichen, hoch effizienten Betrieb von Wärmepumpen bei minimalen Betriebskosten. Der Clou: Durch das Immosolar-Steuerungskonzept lässt sich das System per PC fernsteuern. Die Fakten: 30m2 Kollektorfläche,

www.der-bau-unternehmer.de

Heizen mit Eis Handelskammern ehren Erfinder des SolarEis-Speichers mit Innovationspreis

ÜBER ISOCAL Die isocal HeizKühlsysteme GmbH wurde 2005 von Alexander von Rohr gegründet. Seine Vision, ein umweltfreundliches Energiekonzept zu einem attraktiven PreisLeistungsverhältnis zu entwickeln, wurde mit seiner Erfindung des SolarEis-Systems Wirklichkeit. Bereits 2006 hatte isocal für das SolarEis-System schon den Innovationspreis der deutschen Gaswirtschaft erhalten. isocal ist Marktführer für innovative, umweltschonende und hocheffiziente Lösungen von Heiz- und Kühlsystemen auf Basis einer innovativen Speichertechnologie, die Energie über viele Monate im kostengünstigsten Speichermedium, nämlich Wasser, konserviert. Infos im Internet unter: www.isocal.de

nutzt der SolarEis-Speicher den physikalischen Effekt der sogenannten Kristallisationswärme, der beim Gefrieren von Wasser auftritt: Bei diesem Prozess wird ebensoviel Energie frei, wie sie auch dann entsteht, wenn man 80 Grad heißem Wasser die Wärme bis auf Null Grad entzieht.

Fotos (2): isocal HeizKühlsysteme GmbH

Berlin/Friedrichshafen – Was ist wirklich neu? Und wie erfolgreich wird es umgesetzt? Diese Fragen adressierten der Deutsche Industrie- und Handelskammertag (DHIK) und das renommierte Wirtschaftsmagazin „Impulse“ im Frühjahr diesen Jahres an Technologieunternehmen zwischen Flensburg und Garmisch. Knapp 100 Firmen aus verschiedenen Branchen waren aufgerufen, sich an diesem anspruchsvollen Wettbewerb rund um innovative Erfindungen und Patente zu beteiligen. Ende August schließlich standen die Gewinner des Awards „Potenzial Innovation 2010“ fest: Zu den zehn deutschen Unternehmen, die nach Ansicht der Juroren demnach nicht nur außergewöhnliche Innovationen zu bieten haben, sondern sich damit auch bereits am Markt behaupten können, zählt auch die Friedrichshafener isocal HeizKühlsysteme GmbH. isocal trat mit einem Produkt an, das im Bereich der Heiz- und Kühltechnik von Gebäuden bereits seit einiger Zeit für Aufsehen sorgt: der SolarEis-Speicher – ein unterirdischer Wassertank, der Energie aus Sonnenkraft, Lufttemperatur und Erdwärme speichert und über eine Wärmepumpe abgibt. Dabei

Der SolarEis-Speicher vor dem Firmengebäude von isocal. Dem Erfinder des SolarEis-Speichers und Geschäftsführer von isocal, Alexander von Rohr, gelang es, die beim Gefrieren normalerweise erzeugte Sprengkraft des Eises zu bändigen und so die Kristallisationswärme für die Gebäudetechnik nutzbar zu machen. Mit dem SolarEis-Speichersystem können Räume in den Wintermonaten ungewöhnlich kostengünstig beheizt werden: Eigenheimbesitzer

berichten über Heizkosten von circa. 30 Euro pro Monat – inklusive der Betriebskosten für die Anlage. Im Sommer wird der SolarEisSpeicher zur nahezu kostenneutralen „Klimaanlage“ – es wird lediglich Strom für eine kleine Umwälzpumpe benötigt, die kühles Wasser ins Haus leitet. Durch die Nutzung mehrerer regenerativer Energiequellen und den vollständigen Verzicht auf chemische Mittel ist das System besonders umweltfreundlich und gleicht die Schwächen herkömmlicher Wärmepumpen aus: Weder sind Gebäudeschäden zu befürchten, wie sie gelegentlich bei Tiefbohrungen für Grundwasser-Wärmepumpen zu beobachten waren. Noch lässt die Leistung an extrem kalten Wintertagen nach, wie dies oft bei einfachen LuftWärmepumpen der Fall ist. Auch der Einsatz in Wasserschutzgebieten stellt für den SolarEis-Speicher kein Problem dar: So nutzt etwa das in einem Schutzgebiet gelegene neue Stuttgarter Stadtarchiv einen 385 m3 großen SolarEis-Speicher, um eine konstante Temperatur für die empfindlichen Archivalien zu gewährleisten. Neben Großprojekten wie Verwaltungsgebäuden oder Gewerbeparks kommt der SolarEis-Speicher hauptsächlich in Eigenheimen zum Einsatz.

IMPULSE 2010 M A N A G E MAusgabe E N TI N N O V A TNovember ION www.impulse.de

Denngut ist längstnichtgut genug lNNovATloN DIHKundimpulse zeichnen Unternehmn aus,diemit überzeugenden Neuheiten aufzuwarten wissen. DreiGewinner desWettbewerbs,,Potenzial Innovation" im Porträt Gilliesl lText Judith-Maria

ür die Idee reicht ein Gedankenblitz. Um sie umzusetzen,bedarfes Jahre. ThomasAlva Edisonhatte recht, als er feststellte,dassGenieein Prozent Inspiration und 99 ProzentTranspirationsind. Erfolg von heute auf morgen - das klappt so gut wie nie. Daszeigenauch die Bewerbungen ftir den Wettbewerb..PotenzialInnovation". Gemeinsammit dem DeutschenIndustrieund Handelskammertag(DIHK) hat impulse Unternehmenaufgefordert,Neuheitenzu prä-

sentieren. Die fünf Juroren Nicola LeibingerKammüller (Trumpfl, Marion WeissenbergerEibl (Fraunhofer ISI), StefanieHeiden (AiF), HansHeinrich Driftmann (DIHK) und Nikolaus Förster(impulse)habenzehnGewinnerausgewählt. ErbslöhGeisenheim,EngelDataconcept, Power Plus Communications, Global Office, DTV-Verkehrsconsult, Quint SDIund IBGTechnology hat impulsein den beidenvorigenAusgabenvorgestellt. Hier die drei ausstehenden Gewinner:

DieHitze,dieausderKältekommt is zum Fleizen?Alexandervon Rohr weiß. dass die Innovation von Isocal Heizkühlsystemeparadox klingt; ein Heizsystem,das Eis als Energiequellenutzt. Aber es ist tatsächlich so: Wird Wasserzu Eis, entsteht Energie; und die kann zum Heizen genutzt werden. Rohr vergieicht sein Solareis-Systemmit den Wärmekissen,die man aus dem Skiurlaub als Handwärmer kennt: ,,Dieerhitzen sich, wenn man sie bricht, weil dann Wasserzu Eis und jede MengeWärme frei wird." Isocal gelingt es, ,,der Physik ein Schnippchen zu schlagen",sagt der zweite Geschäfts-

: ! o 'a

Geblockt Im r z5-Liter-Eisblock sfeckt so viel Energiewie in einem Liter Heizö|.Dre/socalGeschärtsführerAlexandervon Rohr(1.)und Heiko Lüdemannkönnendiese Energiebeliebigoft nutzen,während ein Liter Heizöl schnellund unwiederbri nglich ver b raucht ist

impulse

NovEMBtR zoro

= I

.E o

: ts

führer Heiko Lüdemann,indem der Gefrierprozess umgedreht wird. Statt von oben nach unten und von außen nach innen friert das Wasser im Solareis-Systemgenau umgekehrt. Die Wärme des Sommers gespeiwird in riesigenWassertanks chert und im Winter so lange zum Heizen entnommen, bis sich das Wasserdurch Wärmeentzugwieder zu Eis verwandelt hat. Wird dieser Heizkreislauf unterbrochen, fängt dasSystemzusätzlichmit Solar-und ein. LuftkollektorenSonnenenergie Damit lassensich bis zu 50 Prozent Heizkostensparen,die COz-Belastungist nahezunul1.Zudemdient das Eis im Sommerals kostenlose Iüimaanlage.,,DieseKombination aus Umweltschonungund Kostenreduzierung nenne ich zukunftsweisend",lobt DIHK-PräsidentHans Heinrich Driftmann. Nach ersten Feldversuchen2008 hat Isocalbereitsmehr als zehn Allagenverkauft. 2011 sollenes mehr als 50 Stücksein und der Breakeven erreichtwerden. Mittelfristig peilen die Friedrichshafenerbis zu 2000 verkaufte Anlagenpro Jahr an. Aus den Startlöchernist das Unternehmen längst heraus: Bis Jahresende werden 14 neueStellenbesetztsein, weitere sollenfolgen. Zu den bisherigenKundenzählen mehrereHotelsund Ikankenhäuser sowie das Stuttgarter Stadtarchiv. Neuerdingsversucht Isocal, auch Privatleutefür seinenAnsatz zu erwärmen. Ein Wassertankfür Einfamilienhäuserfasstzehn Kubikmeter - so viel wie eine große Regenwasserzisterne* und kostet um die 7500 Euro. Umständesollen beim Einbau nicht entstehen,versichert Rohr. ,,Der Speicher wird per Lkw gebracht, eingegrabenund fenig." Ein Vertrag mit einem Feniggaragenherstellerist unterzeichnet,der im Doppelpack die Solareis-Tanks mit seinenGarageneinbaut.

IKZ Energy

ENERGIEEFFIZIENZ Ausgabe Juni 2010 Systeme

www.ikz-energy.de

Energiekosten einfach einfrieren „SolarEis“-Speichersysteme bieten vielfältige Vorteile Beim Heizen und Kühlen von Wohnhäusern oder Gewerbeflächen sind sie extrem zuverlässig, höchst eﬃzient und können mehr als alle vergleichbaren Konzepte. Die Rede ist von Eisspeichern – genauer: von „SolarEis“-Systemen. Nein, dabei geht es nicht etwa um eine neue Kühlschrankmarke – es geht um die konsequente Weiterentwicklung der ebenfalls recht jungen Technologie von Wärmepumpen. Das Ziel: Energiekosten drastisch senken und mithilfe der fünf Elemente Sonne, Luft, Erde, Wasser und Eis auf niedrigem Niveau einfrieren.

– etwa durch starken Wurzelwuchs von Bäumen und Sträuchern. • Bei der Nutzung des Grundwassers für die Erzeugung von Heizenergie ist meist ein aufwendiges Genehmigungsverfahren durch die örtliche Wasserbehörde Pflicht. Die Bohrungen sind zudem teuer und mit gewissen Risiken für die Bausubstanz der umliegenden Gebäude verbunden. So zeigten sich etwa im Schwarzwaldstädtchen Staufen nach umfangreichen Erdwärmebohrungen Risse an 256 Häusern – ein Schaden von mehr als 40 Mio. Euro. • Völlig „ungefährlich“ sind dagegen Luftwärmepumpen – allerdings erreichen sie

Rund 350 000 Wärmepumpen wurden bisher in Deutschland installiert – ein Boom, der kaum zu stoppen ist. Und tatsächlich spricht viel für diesen vielleicht wichtigsten Trend in der Gebäudetechnik: Herkömmliche Wärmepumpen beziehen ihre Heizenergie nicht aus fossilen Rohstoffen, sondern entweder aus der natürlichen Erd-, Grundwasser- oder Lufttemperatur. Diese meist relativ kühlen Temperaturquellen werden in einer Art „umgekehrtem Kühlschrankeffekt“ in Wärme umgewandelt – mit unterschiedlich hohem Aufwand. Mal werden Erdkollektoren großflächig im Garten installiert, mal sind Bohrungen in großer Tiefe erforderlich, mal genügt ein

einfacher Stellplatz für eine Luftwärmepumpe. Jedes dieser Konzepte ermöglicht grundsätzlich eine umweltfreundliche und sparsame Versorgung mit Heizenergie und warmem Wasser. Die Krux: Nicht jede Wärmepumpe ist auch für jedes Gebäude geeignet – und keines der genannten herkömmlichen Verfahren ist bisher wirklich ausgereift: • Für eine Erdwärmepumpe ist zunächst eine ausreichende Gartenfläche erforderlich, auch sollte die Installation möglichst vor der Erstbepflanzung durchgeführt werden. Doch auch später noch können Schäden an den Rohrleitungen auftreten

Entlang der Wärmetauscherrohre bilden sich Eiszylinder mit einem Durchmesser von ca. 100 cm.

Messarbeiten im Inneren eines Eispeichers zum Ende einer Heizperiode. Der hier gezeigte Eisspeicher hat ein Volumen von mehr 900 000 l.

IKZ-ENERGY 6/2010

ENERGIEEFFIZIENZ Systeme

nicht immer die erforderliche Vorlauftemperatur und müssen daher nicht selten durch klassische Öl- oder Gasheizbrenner unterstützt werden. Der entscheidende Nachteil aller drei genannten Wärmepumpen-Systeme ist jedoch ihre Abhängigkeit von natürlichen Standort- und Klimabedingungen, die sich oft nur schwer vorhersehen und steuern lassen. Um diese Schwächen zu umgehen, setzen zahlreiche Eigenheimbesitzer, Unternehmen und öffentliche Einrichtungen bei Neubauten und Modernisierungen neuerdings auf ein sogenanntes „SolarEis“-Speichersystem. SONNE, LUFT, ERDE, WASSER UND EIS Das Grundprinzip: Anstatt sich nur auf eine natürliche Energiequelle zu verlassen, werden hierbei gleich mehrere „Naturgewalten“ gleichzeitig genutzt: Sonne, Luft, Erde, Wasser – und Eis. Erfinder dieser „optimalen Wärmepumpe“ ist der Friedrichshafener Ingenieur Alexander von Rohr, der zusammen mit Heiko Lüdemann eine eigens für das Projekt gegründete Manufaktur am Bodensee betreibt – die Isocal Heizkühlsysteme GmbH. Das hier gefertigte „SolarEis“-System wurde bereits 2006 mit dem „Innovations-

preis der deutschen Gaswirtschaft“ ausgezeichnet und besteht aus mehreren Komponenten: • Das zentrale Element ist der Eisspeicher. Dabei handelt es sich um einen isolierten Wassertank, der in einer Tiefe von etwa vier Metern in den Erdboden eingelassen wird. Bei Wohnhäusern geschieht dies meist unter der Garage. Das Fassungsvermögen reicht dabei von etwa 10 – 15 m³ für Einfamilienhäuser und bis zu 1000 m3 bei Gewerbegebäuden. Einmal im Erdboden versenkt, nimmt das Wasser dort zunächst die natürliche Erdwärme der Bodenschichten auf und macht sich diese für die spätere Energiegewinnung zunutze. • Zugleich werden die Temperaturbedingungen im Tank durch einen übererdigen Kollektor beeinflusst, der – meist auf dem Hausdach montiert – seine Energie sowohl aus der vorhandenen Lufttemperatur als auch aus der Sonnenkraft bezieht. Dieser „SolarLuft“-Kollektor speichert die Wärme selbst noch bei Dunkelheit oder Regen und lagert sie über ein entsprechendes Leitungssystem im „SolarEis“Speicher ein. Im Sommer wird die Solarwärme genutzt, um das Brauchwasser zu erwärmen – im Winter bietet der Kollektor eine kräftige Heizunterstützung.

Der „SolarEis“-Speicher vor dem Firmengebäude von Isocal.

6/2010 IKZ-ENERGY

ENERGIEEFFIZIENZ Systeme

• Nun kommt die Wärmepumpe ins Spiel: Sie versorgt das Gebäude mit der nötigen Raumwärme, die zuvor durch Sonnenenergie, Lufttemperatur oder Erdwärme im „SolarEis“-Speicher erzeugt wurde. Dabei kommt eine spezielle „Gas-Absorptions“-Wärmepumpe mit einer Leistung von mindestens 40 kW zum Einsatz, die von einem Gasbrenner angetrieben wird. • Um auch jederzeit ausreichende Mengen an warmem Wasser zur Verfügung zu stellen, wird zusätzlich ein Warmwasserspeicher im Gebäude installiert. Dieser speist sich zunächst aus der Sonnenwärme, die der „SolarLuft“-Kollektor erzeugt. Scheint die Sonne nicht, springt die Wärmepumpe automatisch auf die Versorgung mit Wärmeenergie aus dem „SolarEis“-Speicher um. • Ein speziell für dieses komplexe System entwickelter Regler kontrolliert die einzelnen Komponenten: der „SolarEis“-Manager. Damit legen die Bewohner beispielsweise fest, ob die Wärme des überirdischen „SolarLuft“-Kollektors sofort für Warmwasser verwendet oder aber zunächst im unterirdischen „SolarEis“-Speicher eingelagert werden soll. PHYSIKALISCHES PHÄNOMEN Erfinder Alexander von Rohr: „Einen Eiskeller zu Hause im Garten zu haben, wie die Generation unserer Großeltern das kannte,

kann auf diesem Wege wieder zum Alltag werden und kostengünstig für das richtige Klima sorgen.“ Doch woher stammt die enorme Energiemenge, die ein moderner „SolarEis“-Speicher erzeugt? Alexander von Rohr: „Das Geheimnis beruht auf einem einfachen physikalischen Prinzip: Wenn Wasser zu Eis gefriert, entsteht die sogenannte Kristallisationswärme. Diese freigesetzte Wärmemenge entspricht derselben Energiemenge, die man gewinnt, wenn man Wasser von 80 °C auf 0 °C herabkühlt. Das Problem: Bisher konnte dieser Effekt nicht genutzt werden, da die dabei auftretende Sprengwirkung des Eises technisch nicht beherrschbar war.“ Anders nun mit dem „SolarEis“-System, das durch seine neuartige Technologie die Sprengung des Eises zuverlässig verhindert. Der Clou: Der Kristallisationsprozess kann nun nicht nur hundertprozentig beherrscht, sondern auch gezielt gesteuert – und vor allem – fast beliebig hinausgezögert werden. Dabei wird der Gefrierpunkt über Monate hinweg immer wieder eingeleitet, gestoppt und aufs Neue gestartet. Und immer wieder aufs Neue wird eine enorme Menge an Kristallisationswärme freigesetzt. Alexander von Rohr: „Dieses physikalische Phänomen kommt der extrem hohen Effizienz der Anlage im Betrieb über den gesamten Jahreszyklus hinweg zugute.“ Mit dem „SolarEis“-System kann man jedoch nicht nur im Winter heizen, sondern

im Sommer auch die gespeicherte Kälte zum aktiven Kühlen von Wohn- und Arbeitsräumen verwenden. Der „SolarEis“-Speicher wird damit zur nahezu kostenneutralen und umweltschonenden Klimaanlage. Es ist lediglich eine kleine Umwälzpumpe nötig, die den Kaltwasserkreislauf zwischen Gebäude und Eisspeicher aufrecht erhält. POSITIV FÜR PV-ANLAGEN Besitzer von Photovoltaik-Anlagen können sich zudem über einen äußerst gewinnbringenden Nebeneffekt freuen: Denn die Kühlung aus dem Eisspeicher kann ohne großen Aufwand an besonders heißen Sommertagen auch für die Module genutzt werden. Damit lassen sich die bei Überhitzung von PV-Anlagen einsetzenden Energieverluste ausgleichen – die „SolarEis“-Kühlung bringt hierbei in der Praxis zwischen 25 und 30 % Energiegewinn. Das Ganze ist trotz seiner zahlreichen physikalischen und technischen Finessen nicht nur flexibel, sondern auch leicht zu installieren und lässt sich leicht steuern. Dabei deckt das „SolarEis“-System bei entsprechender Auslegung sowohl den Wärme- als auch den Kältebedarf von Gebäuden aller Größenordnungen hundertprozentig und ganzjährig ab – vom Eigenheim bis zum Bürokomplex. Zu den Nutzern gehören nicht nur immer mehr „Häuslebauer“ zwischen Flensburg und Garmisch, sondern etwa auch ein Luxushotel in Konstanz (mit einem „SolarEis“-Speicher von 170 m3) oder ein Verwaltungsgebäude in Düsseldorf (mit 800 m3 Speichervolumen). Auch das in einem Wasserschutzgebiet gelegene Stuttgarter Stadtarchiv setzt auf die Innovation aus Friedrichshafen: In dem Archiv kommen ein 385 m3 großer Eisspeicher und eine Wärmepumpe mit einer Leistung von 160 kW zum Einsatz, sorgen für ein angenehmes Arbeitsklima und schützen die empfindlichen Archivalien vor Überwärmung oder schädlichen Kälteeinflüssen. Bilder: Isocal

KONTAKT Isocal Heizkühlsysteme GmbH 88046 Friedrichshafen Tel. 07541 207240 Fax 07541 207244 info@isocal.de www.isocal.de Ein „SolarEis“-Speicher wird eingebaut.

IKZ-ENERGY 6/2010

trieben werden. â&#x20AC;&#x17E;Das alles macht sie so attraktiv und zum idealen Partner der erneuerbaren Energie.â&#x20AC;&#x153; Im Unterschied zu anderen EnergietrĂ¤gern ist mit Erdgas eine Dezentralisierung der Stromerzeugung mĂśglich.

Vom Verbraucher zum Produzenten Hohes Potenzial fĂźr dezentrale Stromerzeugung sieht KĂśnig auch in den deutschen Privathaushalten. Jeder zweite in Deutschland genutzte Kubikmeter Erdgas wird von privaten Haushalten und von Kleinverbrauchern wie Handel- und Dienstleistungsunternehmen verbraucht. Bislang nahezu ausschlieĂ&#x;lich zur WĂ¤rmeerzeugung. â&#x20AC;&#x17E;Das kann sich Ă¤ndern. Mit kleinen Kraft-WĂ¤rme-Kopplungsanlagen (KWK) und in ihrer Verbindung mit der Solarnutzung werden Verbraucher kĂźnftig

Kommunalwirtschaft Ausgabe Okt./Nov. 2010 zu Anbietern ihres eigenen grĂźnen Stroms.â&#x20AC;&#x153; Mikro-KWK-An-

lagen erzeugen im Gegensatz zu den herkĂśmmlichen Heizanwww.kommunalverlag.de lagen neben der WĂ¤rme auch gleichzeitig Strom. â&#x20AC;&#x17E;Wenn wir die von der Regierung anvisierten Klimaschutzziele erreichen wollen, muss die Energienutzung effizienter gestalten werdenâ&#x20AC;&#x153;, sagte KĂśnig: â&#x20AC;&#x17E;Und gerade im Privatbereich sehen wir durch die Anwendung neuer Gastechnologien wie der MikroKWK-Anlage gute MĂśglichkeiten, die Energieeffizienz deutlich zu steigern.â&#x20AC;&#x153; Mikro-KWKGerĂ¤te erreichen Wirkungsgrade bis zu 90 %, indem sie die WĂ¤rme verwerten, die bei Stromerzeugung in Kraftwerken in der Regel ungenutzt entweicht. â&#x20AC;&#x17E;Solche GerĂ¤te stĂ¤rken zusĂ¤tzlich den Stellenwert von Erdgas in der Energieversorgung von Haushaltenâ&#x20AC;&#x153;, ist sich KĂśnig sicher. Die WINGAS kooperiert bei Praxistests von Mikro-KWK-Anlagen mit mehren Stadtwerken im gesamten Bundesgebiet.

Erfrischung fĂźr den kommunalen Haushalt Mit innovativen Heiz- und KĂźhlsystemen kĂśnnen Ăśffentliche GebĂ¤ude auf niedrigem Kostenniveau betrieben werden

Von Uwe Herzog, Fachjournalist fĂźr Architektur, Technik und Design Eine Erfindung aus Friedrichshafen schickt sich derzeit an, die GebĂ¤udetechnik zu revolutionieren und hĂ¤lt Einzug in ERSTE KOMMUNALE "AUPROJEKTE DER SOGENANNTE u3OLAR%ISh Speicher. Neben klassischen regenerativen Energiequellen kann damit auch die Abluft aus AbwasserkanĂ¤len fĂźr das Heizen genutzt werden. Mit dem mehrfach ausgezeichneten Eisspeicher-System lassen sich GebĂ¤ude auĂ&#x;erdem nahezu KOSTENNEUTRAL KĂ HLEN )N 6ERBINDUNG MIT PRIVATEN )NVESTOREN rĂźcken nun auch vielerorts lĂ¤ngst aufgegebene Bauvorhaben wieder in greifbare NĂ¤he.

'ROÂ&#x201D;PROJEKT 7ENN ALLE 7Ă&#x2039;RMETAUSCHERLEITUNGEN VERLEGT SIND

KANN DER %ISSPEICHER BETONIERT WERDEN &OTO )SOCAL Engelbert Rummel gilt als Ă¤uĂ&#x;erst erfahren, besonnen und optimistisch. Und doch erinnert der langjĂ¤hrige Leiter des KĂślner Amts fĂźr GebĂ¤udewirtschaft auĂ&#x;enstehende Beobachter manchmal an eine Art â&#x20AC;&#x17E;DrachentĂśterâ&#x20AC;&#x153;, dem angesichts seiner fast unlĂśsbaren Aufgabe eigentlich der SchweiĂ&#x; sichtbar auf der Stirn stehen mĂźsste. Rummels Job: Energiesparen â&#x20AC;&#x201C; wann und wo immer es nur geht. Rund 30 Mio. Euro verschlingt die Versorgung von Ăśffentlichen Einrichtungen in der Rheinmetropole mit Heizung, Strom und Wasser. Jahr fĂźr Jahr. Und das, obwohl Engelbert Rummel und seine Teams alles MenschenmĂśgliche tun, um den Verbrauch zu senken: Da wurden GebĂ¤udehĂźllen gedĂ¤mmt, Energieleitlinien aus-

750

gearbeitet, zusĂ¤tzliche Stellen fĂźr EnergieprĂźfer vor Ort geschaffen, Einsparpotenziale aufgespĂźrt und die Nutzer der stĂ¤dtischen GebĂ¤ude fĂźr einen mĂśglichst sparsamen Umgang mit den Ressourcen gecoacht. All diese BemĂźhungen trugen zunĂ¤chst sogar reichlich FrĂźchte: Innerhalb nur eines Jahres konnte etwa 2007 der Heizenergieverbrauch der stĂ¤dtischen Einrichtungen um immerhin sieben Prozent gesenkt werden. Und doch: Der â&#x20AC;&#x17E;Drache Energiebedarfâ&#x20AC;&#x153; lieĂ&#x; sich nicht wirklich bĂ¤ndigen, denn im selben Zeitraum stiegen die Energiepreise um fast den gleichen Prozentsatz. Fast jeder Cent, der an Energie eingespart werden konnte, wurde durch die galoppierenden Kosten wieder eingeholt. Unter dem Strich schlug der Energieverbrauch fĂźr 2007 im Vergleich zum Vorjahr schlieĂ&#x;lich mit einer halben Mio. Euro Mehrkosten zu Buche, im Jahr 2008 waren es nach letzten Erhebungen gar drei Mio. Euro mehr als im Vorjahr. Trotz aller KĂ¤mpfe. So wie KĂśln ergeht es vielen StĂ¤dten und Gemeinden im Land. Und lĂ¤ngst sind nicht allein die Investitionskosten bei notwendigen Sanierungs- oder Neubauvorhaben ausschlaggebend, sondern vor allem auch die danach zu erwartenden Betriebskosten. So manche marode Turnhalle, mancher dringend benĂśtigte Schulneubau, manche KulturstĂ¤tte oder Freizeiteinrichtung liegt schon allein deshalb brach, weil die Aussicht auf eine dauerhafte Belastung durch stĂ¤ndig steigende Energiekosten bereits den Gedanken daran lĂ¤hmt. Doch es geht auch anders â&#x20AC;&#x201C; und zwar mithilfe neuer umweltfreundlicher und zugleich extrem ressourcensparender Technologien fĂźr das Beheizen â&#x20AC;&#x201C; und auch das KĂźhlen â&#x20AC;&#x201C; von GebĂ¤uden. Die Rede ist vom sogenannten â&#x20AC;&#x17E;SolarEisâ&#x20AC;&#x153;-Speichersystem, eine Erfindung des deutschen Ingenieurs Alexander von Rohr. Das Grundprinzip: Anstatt sich nur auf eine natĂźrliche Energiequelle zu verlassen, werden hierbei gleich mehrere â&#x20AC;&#x17E;Naturgewaltenâ&#x20AC;&#x153; gleichzeitig genutzt: Sonne, Luft, Erde, Wasser â&#x20AC;&#x201C; und Eis. Gefertigt wird diese â&#x20AC;&#x17E;optimale WĂ¤rmepumpeâ&#x20AC;&#x153; in einer Manufaktur am Bodensee, die aus einem einfachen Handwerksbetrieb hervorgegangen ist: der â&#x20AC;&#x17E;Isocal HeizkĂźhlsysteme GmbHâ&#x20AC;&#x153; in Friedrichshafen. Das â&#x20AC;&#x17E;SolarEisâ&#x20AC;&#x153;-System

Kommunalwirtschaft 10-11/2010

wurde bereits 2006 mit dem â&#x20AC;&#x17E;Innovationspreis der deutschen Gaswirtschaftâ&#x20AC;&#x153; und im August 2010 mit dem Innovationspreis des â&#x20AC;&#x17E;Deutschen Industrie- und Handelskammertagesâ&#x20AC;&#x153; ausgezeichnet. Derzeit lĂ¤uft die Bewerbung um den Innovationspreis des Landes Baden-WĂźrttemberg. Das System besteht aus mehreren Komponenten: s $AS ZENTRALE %LEMENT IST DER %ISSPEICHER $ABEI HANDELT es sich um einen Wassertank, der in einer Tiefe von etwa drei bis vier Metern in den Erdboden eingelassen wird. Das FassungsvermĂśgen reicht dabei von etwa 10 bis 15 Kubikmetern fĂźr kleinere Einheiten und bis zu tausend bei GroĂ&#x;projekten. Einmal im Erdboden versenkt, nimmt das Wasser dort zunĂ¤chst die natĂźrliche ErdwĂ¤rme der Bodenschichten auf und macht sich diese fĂźr die spĂ¤tere Energiegewinnung zunutze. s :UGLEICH WERDEN DIE 4EMPERATURBEDINGUNGEN IM 4ANK DURCH EINEN Ă BERERDIGEN +OLLEKTOR BEEINmUSST DER n MEIST AUF DEM Dach montiert â&#x20AC;&#x201C; seine Energie sowohl aus der vorhandenen Lufttemperatur als auch aus der Sonnenkraft bezieht. Dieser â&#x20AC;&#x17E;SolarLuftâ&#x20AC;&#x153;-Kollektor speichert die WĂ¤rme selbst noch bei Dunkelheit und Regen und lagert sie Ăźber ein entspreCHENDES ,EITUNGSSYSTEM IM u3OLAR%ISh 3PEICHER EIN )M Sommer wird die SolarwĂ¤rme genutzt, um das Brauchwasser zu erwĂ¤rmen â&#x20AC;&#x201C; im Winter bietet der Kollektor eine krĂ¤ftige HeizunterstĂźtzung. s .UN KOMMT DIE 7Ă&#x2039;RMEPUMPE INS 3PIEL 3IE VERSORGT DAS GebĂ¤ude mit der nĂśtigen RaumwĂ¤rme, die zuvor durch Sonnenenergie, Lufttemperatur oder ErdwĂ¤rme im â&#x20AC;&#x17E;SolarEisâ&#x20AC;&#x153;Speicher â&#x20AC;&#x17E;eingelagertâ&#x20AC;&#x153; wurde. Dabei kommt eine WĂ¤rmepumpe zum Einsatz, die entweder elektrisch oder von einem Gasbrenner (zum Beispiel mit Biogas) angetrieben wird. s 5M AUCH JEDERZEIT AUSREICHENDE -ENGEN AN WARMEM 7AS-

Kommunalwirtschaft 10-11/2010

!NGEPASST "EI GRĂ&#x161;Â&#x201D;EREN 0ROJEKTEN BIETET SICH EIN INDIVIDUELLER !UFBAU DER +ONSTRUKTION VOR /RT AN &OTO )SOCAL ser zur VerfĂźgung zu stellen, wird zusĂ¤tzlich ein Warmwasserspeicher im GebĂ¤ude installiert. Dieser speist sich zunĂ¤chst aus der SonnenwĂ¤rme, die der â&#x20AC;&#x17E;SolarLuftâ&#x20AC;&#x153;-Kollektor erzeugt. Scheint die Sonne nicht, springt die WĂ¤rmepumpe automatisch auf die Versorgung mit WĂ¤rmeenergie aus dem â&#x20AC;&#x17E;SolarEisâ&#x20AC;&#x153;-Speicher um. s %IN SPEZIELL FĂ R DIESES KOMPLEXE 3YSTEM ENTWICKELTER 2EGLER KONTROLLIERT DIE EINZELNEN +OMPONENTEN DER u3OLAR%ISh Manager. Damit legen die Nutzer beispielsweise fest, ob die WĂ¤rme des Ăźberirdischen â&#x20AC;&#x17E;SolarLuftâ&#x20AC;&#x153;-Kollektors sofort fĂźr Warmwasser verwendet oder aber zunĂ¤chst im unterirdischen â&#x20AC;&#x17E;SolarEisâ&#x20AC;&#x153;-Speicher eingelagert werden soll.

751

Gewerke sinnvoll unterstĂźtzen. Zu den Anwendern gehĂśren nicht nur immer mehr â&#x20AC;&#x17E;HĂ¤uslebauerâ&#x20AC;&#x153; zwischen Flensburg und Garmisch, sondern auch viele GewerbegebĂ¤ude und groĂ&#x;e kommunale Einrichtungen. JĂźngstes Beispiel: das Stuttgarter Stadtarchiv. Derzeit lĂ¤uft der Umzug von Verwaltung und Archivalien aus den zuletzt recht beengten und auf vier Standorte verteilten RĂ¤umen in der Stuttgarter Innenstadt. Neues Domizil: ein komplett saniertes frĂźheres Lagerhausensemble im nahe gelegenen Bad Cannstatt mit einer BruttogesamtflĂ¤che von 11.000 Quadratmetern. Dort kommen kĂźnftig ein 400 Kubikmeter groĂ&#x;er Eisspeicher und eine WĂ¤rmepumpe mit einer Leistung von 140 kW zum Einsatz.

'EFRIERVORGANG "EIM Ă&#x201E;BERGANG VON 7ASSER ZU %IS ENTSTEHT +RISTALLISATIONSWĂ&#x2039;RME n UND DAMIT VIEL %NERGIE &OTO )SOCAL Doch woher stammt die enorme Energiemenge, die ein solcher â&#x20AC;&#x17E;SolarEisâ&#x20AC;&#x153;-Speicher erzeugt? Erfinder Alexander von Rohr: â&#x20AC;&#x17E;Das Geheimnis beruht auf einem einfachen physikalischen Prinzip: Wenn Wasser zu Eis gefriert, entsteht die sogenannte KristallisationswĂ¤rme. Diese freigesetzte WĂ¤rmemenge entspricht derselben Energiemenge, die man gewinnt, wenn man Wasser von 80 Grad Celsius auf null Grad Celsius herabkĂźhlt. Das Problem: Bisher konnte dieser Effekt nicht genutzt werden, da die dabei auftretende Sprengwirkung des Eises technisch nicht beherrschbar war.â&#x20AC;&#x153; Anders nun mit dem â&#x20AC;&#x17E;SolarEisâ&#x20AC;&#x153;-System, das durch seine neuartige Technologie die Sprengwirkung des Eises zuverlĂ¤ssig verhindert, indem das Eis dabei nicht â&#x20AC;&#x201C; wie Ăźblich â&#x20AC;&#x201C; von auĂ&#x;en nach innen gefriert, sondern von innen nach auĂ&#x;en.

Der zustĂ¤ndige Sachgebietsleiter fĂźr StadtsanierungsmaĂ&#x;nahmen und Bauherrenvertreter der Stadt Stuttgart, Matthias Bertram, erlĂ¤utert die hohen Anforderungen des Projekts an die Energieversorgung: â&#x20AC;&#x17E;Die Stadt Stuttgart hat sich in einem eigenen Energieerlass verpflichtet, auf GrundstĂźcken, die selbst bebaut oder an Dritte verkauft werden, nur noch Bebauungen nach dem KfW-70-Standard zuzulassen. Dieses Ziel kann zwar bei denkmalgeschĂźtzten Bestandsbauten kaum erreicht werden, aber dennoch versuchen wir zusammen mit dem Amt fĂźr Umweltschutz auch bei Sanierungen stets ein Optimum an Energieeffizienz und UmweltvertrĂ¤glichkeit zu erzielen.â&#x20AC;&#x153; Dabei gehen die Stuttgarter StĂ¤dteplaner weit Ăźber die Vorgaben der geltenden Energieeinsparverordnung (EnEV 2009) hinaus.

Der Clou: Der Kristallisationsprozess kann nun nicht nur hundertprozentig beherrscht, sondern auch gezielt gesteuert â&#x20AC;&#x201C; und vor allem â&#x20AC;&#x201C; fast beliebig hinausgezĂśgert werden. Dabei wird der Gefrierpunkt Ăźber Monate hinweg immer wieder eingeleitet, gestoppt und aufs Neue gestartet. Und immer wieder aufs Neue wird eine enorme Menge an KristallisationswĂ¤rme freigesetzt. Alexander von Rohr: â&#x20AC;&#x17E;Dieses physikalische PhĂ¤nomen kommt der extrem hohen Effizienz der Anlage im Betrieb Ăźber den gesamten Jahreszyklus hinweg zugute.â&#x20AC;&#x153; Mit dem â&#x20AC;&#x17E;SolarEisâ&#x20AC;&#x153;-System kann man jedoch nicht nur im Winter heizen, sondern im Sommer auch die gespeicherte KĂ¤lte zum aktiven KĂźhlen selbst groĂ&#x;er RaumflĂ¤chen verwenden. Der â&#x20AC;&#x17E;SolarEisâ&#x20AC;&#x153;-Speicher wird damit zur nahezu kostenneutralen und umweltschonenden Klimaanlage. Zudem kĂśnnen sich Investoren von Photovoltaik-Anlagen, wie sie zunehmend auch auf Ăśffentlichen GebĂ¤uden montiert werden, Ăźber einen Ă¤uĂ&#x;erst gewinnbringenden Nebeneffekt freuen: Denn die KĂźhlung aus dem Eisspeicher kann ohne groĂ&#x;en Aufwand an besonders heiĂ&#x;en Sommertagen auch fĂźr die Module genutzt werden. Damit lassen sich die bei Ă&#x153;berhitzung von PV-Anlagen einsetzenden Energieverluste ausgleichen â&#x20AC;&#x201C; die â&#x20AC;&#x17E;SolarEisâ&#x20AC;&#x153;-KĂźhlung bringt hier in der Praxis zwischen 25 und 30 Prozent Effizienzgewinn. Das Ganze ist trotz seiner zahlreichen physikalischen und technischen Finessen nicht nur Ă¤uĂ&#x;erst flexibel, sondern auch erstaunlich leicht zu installieren und lĂ¤sst sich ebenso leicht steuern. Bei entsprechender Auslegung deckt das â&#x20AC;&#x17E;SolarEisâ&#x20AC;&#x153;-System sowohl den WĂ¤rme- als auch den KĂ¤ltebedarf von GebĂ¤uden aller GrĂśĂ&#x;enordnungen hundertprozentig und ganzjĂ¤hrig ab â&#x20AC;&#x201C; vom Eigenheim bis zum Verwaltungskomplex. Es kann aber auch als zusĂ¤tzliche Anlage andere

752

/PTIMIERUNG -ESSARBEITEN IM INNEREN EINES %ISSPEICHERTANKS &OTO )SOCAL Matthias Bertram: â&#x20AC;&#x17E;Wir haben zunĂ¤chst einmal alle MĂśglichkeiten ausgelotet, die technisch bei so einem teilweise denkmalgeschĂźtzten Altbau Ăźberhaupt in Frage kommen. Die GebĂ¤udeteile liegen mitten in einem Quellschutzgebiet, wir haben hier nach Budapest die grĂśĂ&#x;ten Heilquellen Europas. Damit hat zuallererst einmal der Grundwasserschutz PrioritĂ¤t,â&#x20AC;&#x153; so der oberste Stuttgarter Stadtsanierer. Ab drei Metern Tiefe beginnt vor Ort bereits der Grundwasserspiegel â&#x20AC;&#x201C; Tiefbohrungen, etwa fĂźr geothermische Sonden, scheiden dadurch von vorneherein aus. â&#x20AC;&#x17E;Auch fĂźr erdnahe Flachkollektoren fehlen die FlĂ¤chen, da das GrundstĂźck nahezu vollstĂ¤ndig versiegelt ist,â&#x20AC;&#x153; so Bertram weiter, â&#x20AC;&#x17E;und auch die Nutzung von IndustrieabwĂ¤rme kommt nicht in Frage, weil sich keine entsprechenden Industriebetriebe in ausreichender NĂ¤he befinden. SchlieĂ&#x;lich konnten wir zwar immerhin eine DachflĂ¤che fĂźr eine Photovoltaikanlage nutzen, aber fĂźr weitere Module oder gar fĂźr WarmwasserSolarkollektoren fehlte schlieĂ&#x;lich der Platz, weil das HauptgebĂ¤ude aufgrund der Denkmalschutzvorschriften dafĂźr nicht

Kommunalwirtschaft 10-11/2010

genutzt werden kann und die restlichen DachflĂ¤chen bereits belegt waren.â&#x20AC;&#x153; Was also tun? Die besondere Krux bei diesem Sanierungsprojekt lag schlieĂ&#x;lich in ihrem speziellen Nutzungszweck als historisches Archiv: â&#x20AC;&#x17E;Wir brauchen hier in den Magazinen eine Heizung und KĂźhlung, die nicht nur besonders fein abstimmbar ist, sondern auch ohne wasserfĂźhrende Leitungen auskommt. Die teilweise sehr empfindlichen alten Dokumente und GemĂ¤lde haben einen unschĂ¤tzbaren Wert, auch das Stadtmuseum nutzt kĂźnftig einen Teil des Magazins. Deshalb haben wir uns an die europĂ¤ischen Normen fĂźr die Lagerung von Archivalien zu halten. Das bedeutet: Wir brauchen ganzjĂ¤hrig eine konstante Temperatur von 18 Grad Celsius mit hĂśchstens 0,5 Grad Celsius Abweichung. Die relative Luftfeuchtigkeit muss dabei stets 50 Prozent betragen â&#x20AC;&#x201C; plus/minus zwei Prozent,â&#x20AC;&#x153; so Bertram. Damit lagen die technischen HĂźrden fĂźr eine effiziente und zugleich wirtschaftliche Energieversorgung des neuen Stuttgarter Stadtarchivs ungewĂśhnlich hoch, als die Planer schlieĂ&#x;lich drei Kombinationen fĂźr eine mĂśgliche LĂśsung in die engere Wahl fassten: 1. eine herkĂśmmliche Gasbrennwertheizung in Verbindung mit einer konventionellen Klimaanlage 2. eine Holzpellet-Heizung plus konventioneller Klimaanlage EINE 'ASHEIZUNG FĂ R DIE "Ă ROmĂ&#x2039;CHEN KOMBINIERT MIT EINEM Eisspeicher-System inklusive Absorptions-WĂ¤rmepumpe (teilweise unterstĂźtzt durch eine konventionelle Klimaanlage) SchlieĂ&#x;lich wurden diese drei Varianten eingehend unter Umwelt- und unter Wirtschaftlichkeitsaspekten geprĂźft. Dabei kamen die beteiligten Ă&#x201E;mter fĂźr â&#x20AC;&#x17E;Stadtplanung und Stad-

Kommunalwirtschaft 10-11/2010

'RUNDWASSERSCHUTZ &Ă R DIE 6ERSENKUNG DES %ISSPEICHERS IST KEINE BESONDERE 'ENEHMIGUNG ERFORDERLICH &OTO )SOCAL terneuerungâ&#x20AC;&#x153;, â&#x20AC;&#x17E;Liegenschaften und Wohnenâ&#x20AC;&#x153; sowie â&#x20AC;&#x17E;Umweltschutzâ&#x20AC;&#x153; zusammen mit der Leitung von Stadtarchiv und Stadtmuseum zu folgendem Ergebnis: Im Vergleich mit einer konventionellen Gasheizung kĂśnnen unter Verwendung eines Eisspeicher-Systems beim Stuttgarter Stadtarchiv zunĂ¤chst jĂ¤hrlich mehr als 55 Tonnen an schĂ¤dlichen CO2-Treibhausgasen eingespart werden â&#x20AC;&#x201C; auf zwanzig Jahre gerechnet werden dadurch immerhin 1.100 Tonnen CO2 vermieden. Selbst eine Pellets-Anlage brĂ¤chte demnach, je nach Betrachtungsweise, weit schlechtere Umweltergebnisse. Matthias Bertram: â&#x20AC;&#x17E;Zwar gelten Pellets als klimaneutral, solange dafĂźr ausschlieĂ&#x;lich recycelte HolzabfĂ¤lle verwendet werden. Aber wenn man den tatsĂ¤chlichen CO2-AusstoĂ&#x; betrachtet, der bei der Verbrennung entsteht, wĂ¤re dies bei unseren Vergleichen sogar die schlechteste LĂśsung gewesen.â&#x20AC;&#x153;

753

seits ist es aber auch mĂśglich, verschiedenste Energiequellen zu nutzen, die ohnehin vorhanden sind.â&#x20AC;&#x153; Dazu zĂ¤hlen neben Sonne, Luft und ErdwĂ¤rme etwa auch WĂ¤rmeenergie, die bei Industrieprozessen (vor allem in der Automobilindustrie) entsteht â&#x20AC;&#x201C; oder die Warmluft aus AbwasserkanĂ¤len. Heiko LĂźdemann: â&#x20AC;&#x17E;Das ist sicher fĂźr viele Kommunen interessant, denn hier verpufft eine Menge bisher ungenutzter Energie, die ja zunĂ¤chst mal nichts kostet.â&#x20AC;&#x153; Bislang war die Nutzung von Kanalluft dennoch selten ein Thema, wenn es um die ErschlieĂ&#x;ung kostengĂźnstiger Energiequellen ging. Der Grund: HerkĂśmmliche Systeme sind kaum in der Lage, die eher niedrigen Temperaturen im Kanalnetz in Heizenergie zu verwandeln. â&#x20AC;&#x17E;Gerade hier liegen die StĂ¤rken des Eisspeichers, denn das System funktioniert auch mit moderaten Temperaturen,â&#x20AC;&#x153; so Heiko LĂźdemann.

)M $OPPEL $IE +OMBINATION VON ZWEI %ISSPEICHER 4ANKS VERSPRICHT EINE HĂ&#x161;HERE %NERGIEAUSBEUTE &OTO )SOCAL Doch auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten konnte die Eisspeicher-Variante punkten: â&#x20AC;&#x17E;Unter den drei Aspekten Energiekosten, Investitionskosten und Wartungskosten bietet das Eisspeichersystem die gĂźnstigste LĂśsung,â&#x20AC;&#x153; so Bertram. Bei den reinen Verbrauchskosten liegt der Eisspeicher danach mit 55.000 Euro jĂ¤hrlich rund 30 Prozent unter den Verbrauchskosten einer konventionellen LĂśsung, die etwa 78.000 Euro pro Jahr betragen hĂ¤tten. â&#x20AC;&#x17E;Zwar liegen die Mehrkosten bei der Planung und beim Bau unserer EisspeicherlĂśsung bei rund 400.000 Euro â&#x20AC;&#x201C; aber auf 20 Jahre gerechnet, lassen sich beim Verbrauch mit Hilfe des Eisspeichers locker weit mehr als diese 400.000 Euro einsparen,â&#x20AC;&#x153; ist Matthias Bertram Ăźberzeugt. Das gelte besonders dann, wenn die Preise fĂźr Gas und Ă&#x2013;l noch mehr in die HĂśhe klettern. Ein weiteres Plus: Der Eisspeicher benĂśtigt keine oberirdischen FlĂ¤chen, sondern â&#x20AC;&#x17E;verschwindetâ&#x20AC;&#x153; unsichtbar unter der Erde â&#x20AC;&#x201C; in diesem Fall unter dem Parkplatz der ArchivgebĂ¤ude. Doch die Entscheidung fĂźr den Eisspeicher, der vor allem auch auf Initiative des GeneralplanungsbĂźros â&#x20AC;&#x17E;agnâ&#x20AC;&#x153; aus IbbenbĂźren realisiert wurde, hatte noch einen anderen triftigen Grund. Matthias Bertram: â&#x20AC;&#x17E;Besonders im FrĂźhjahr und im Herbst schwanken die AuĂ&#x;entemperaturen betrĂ¤chtlich, so dass man oft nachts heizen muss, aber tagsĂźber die KĂźhlung benĂśtigt wird. Wenn man diese Temperaturschwankungen mit einer konventionellen Anlage bewĂ¤ltigen will, verursacht dies einen enormen Energieverbrauch. Anders beim Eisspeicher: Die KĂ¤lte, die beim nĂ¤chtlichen Heizen als eine Art Abfallprodukt anfĂ¤llt und im Eisspeicher zwischengelagert wird, kann tagsĂźber problemlos fĂźr die KĂźhlung abgerufen werden. Diese Energie geht also nicht verloren, sondern kann selbst innerhalb von 24 Stunden sinnvoll genutzt werdenâ&#x20AC;&#x153;. Derweil lĂ¤uft der Probebetrieb der Bad Cannstatter Anlage bereits seit Anfang Oktober â&#x20AC;&#x201C; stĂśrungsfrei. Und schon bald kĂśnnte die neue Technologie in Ă¤hnlichen Ăśffentlichen Einrichtungen â&#x20AC;&#x17E;wie etwa Bibliotheken, Stadthallen, Kongresszentren oder Kliniken zur Anwendung kommen,â&#x20AC;&#x153; ist Heiko LĂźdemann Ăźberzeugt, der gemeinsam mit Alexander von Rohr die GeschĂ¤ftsfĂźhrung der Firma â&#x20AC;&#x17E;Isocal HeizKĂźhlsystemeâ&#x20AC;&#x153; in Friedrichshafen innehat: â&#x20AC;&#x17E;Dabei kann, wie im Fall des Stuttgarter Stadtarchivs einerseits flexibel auf einzelne Elemente wie zum Beispiel Solarkollektoren verzichtet werden â&#x20AC;&#x201C; anderer-

754

Auch Dr. Sylvia SchĂ¤dlich, Leiterin des Instituts fĂźr Energie-, KĂ¤lte- und Klimatechnik (InEKK) im westfĂ¤lischen Gladbeck, sieht in dem â&#x20AC;&#x17E;SolarEisâ&#x20AC;&#x153;-Speicher deutliche Vorteile gegenĂźber vergleichbaren Heizsystemen wie etwa geothermischen WĂ¤rmepumpen, die ihre Energie aus tief gelegenem Grundwasser beziehen: â&#x20AC;&#x17E;Die Technologie des Eisspeichers ist erprobt und daher auch viel einfacher und unbedenklicher einsetzbar als etwa Geothermie,â&#x20AC;&#x153; so Sylvia SchĂ¤dlich. TatsĂ¤chlich ist â&#x20AC;&#x201C; anders als beim â&#x20AC;&#x17E;SolarEisâ&#x20AC;&#x153;-Speicher â&#x20AC;&#x201C; bei der Nutzung des Grundwassers fĂźr die Erzeugung von Heizenergie stets ein aufwendiges Genehmigungsverfahren durch die Ăśrtliche WasserbehĂśrde Pflicht. Die Bohrungen sind zudem teuer und mit gewissen Risiken fĂźr die Bausubstanz der umliegenden GebĂ¤ude verbunden. So zeigten sich etwa im SchwarzwaldstĂ¤dtchen Staufen nach umfangreichen ErdwĂ¤rmebohrungen Risse an 256 HĂ¤usern â&#x20AC;&#x201C; ein Schaden von mehr als 40 Millionen Euro. Aber auch andere herkĂśmmliche WĂ¤rmepumpen haben im Vergleich deutliche Nachteile: FĂźr eine ErdwĂ¤rmepumpe ist zum Beispiel eine ausreichende BodenflĂ¤che erforderlich. SpĂ¤tere SchĂ¤den an den Rohrleitungen â&#x20AC;&#x201C; etwa durch starken Wurzelwuchs von BĂ¤umen und StrĂ¤uchern â&#x20AC;&#x201C; sind dabei nicht ausgeschlossen. LuftwĂ¤rmepumpen wiederum erreichen nicht immer die erforderliche Vorlauftemperatur und mĂźssen daher nicht selten durch klassische Ă&#x2013;l- und Gasheizbrenner unterstĂźtzt werden. Den ganz groĂ&#x;en Vorteil des â&#x20AC;&#x17E;SolarEisâ&#x20AC;&#x153;Systems sieht Dr. Sylvia SchĂ¤dlich jedoch Ă¤hnlich wie viele Anwender â&#x20AC;&#x17E;in der Kombination mit der Nutzung kostenloser KĂ¤lte im Sommer.â&#x20AC;&#x153; In KĂźrze lĂ¤uft ein mehrjĂ¤hriges Forschungsprogramm aus, das Dr.Sylvia SchĂ¤dlich leitet: Als Untersuchungsobjekt fĂźr die auf 30 Monate angelegte Feldstudie dient ihrem Team dabei ein 4-Sterne-Hotel am Bodensee. Der Heiz- und KĂźhlbedarf der 55 Zimmer, drei KonferenzrĂ¤ume, einer Bar, zwei Restaurants, zwei KĂźchen und eines Wellnessbereichs mit Swimmingpool wird vollstĂ¤ndig durch einen â&#x20AC;&#x17E;SolarEisâ&#x20AC;&#x153;-Speicher der Firma â&#x20AC;&#x17E;Isocalâ&#x20AC;&#x153; abgedeckt â&#x20AC;&#x201C; insgesamt 500 Kilowatt. In einer ersten Zwischenbilanz stellte das Team um Dr. Sylvia SchĂ¤dlich dabei eine erstaunliche Energieeffizienz des â&#x20AC;&#x17E;SolarEisâ&#x20AC;&#x153;-Speichersystems fest: â&#x20AC;&#x17E;Durch die Kombination aus Gas-AbsorptionswĂ¤rmepumpe und saisonalem Eisspeicher kann aufgrund der gleichzeitigen Nutzung von WĂ¤rme und KĂ¤lte eine Gesamteffizienz von Ăźber 200 Prozent, bezogen auf die eingesetzte PrimĂ¤renergie, erreicht werden,â&#x20AC;&#x153; so das InEKK in einer Stellungnahme. Ein weiteres unabhĂ¤ngiges Institut bescheinigte dem â&#x20AC;&#x17E;SolarEisâ&#x20AC;&#x153;-Speicher unterdessen ebenfalls einen besonders hohen Wirkungsgrad: Demnach liegt die am kompletten System ermittelte Jahresarbeitszahl â&#x20AC;&#x201C; mit UnterstĂźtzung der

Kommunalwirtschaft 10-11/2010

angeschlossenen Solaranlage – mit einem Wert von 5,46 deutlich über der Effizienz einer herkömmlichen ErdsondenWärmepumpe. Errechnet wurde dieser bislang unerreichte Wert analog zur Richtlinie 4650 des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI). Schon sind auch private Investoren hellhörig geworden – etwa die auf kommunale Freizeitanlagen wie zum Beispiel Hallenbäder spezialisierte Firma „s.a.b.“: „Bei einem Hallenbad benötigen wir im Durchschnitt etwa 800 Megawattstunden Wärme pro Jahr,“ so „s.a.b.“-Geschäftsführer Wolfram Wäscher, “mit einem Solareis-Speicher können wir davon etwa 30 bis 35 Prozent einsparen. Das ist enorm und mit keinem anderen System möglich – wir haben da eigentlich schon alles ausprobiert, von Holzpellets über reine Sonnenenergie bis hin zu Pflanzenölheizungen. Aber wir haben bisher noch kein Heizsystem gefunden, das so effizient arbeitet wie ein Solareis-Speicher.“ Auch bei den energieintensiven Hallenbädern spielt einmal mehr der Faktor Kälte eine große Rolle: „Besonders im Sommer müssen wir die Hallen mit kräftigen Gebläsen entfeuchten – auch hierbei können wir künftig mit Hilfe des Eisspeichers eine Menge Energie einsparen, weil die kostenlose Kälte, die wir daraus entnehmen, einem subtropischen Raumklima ebenfalls entgegenwirkt,“ so Wolfram Wäscher. Derzeit prüft die Firma „s.a.b.“, ob der „SolarEis“-Speicher bei bereits in Bau befindlichen Großprojekten in Winterberg im Hochsauerland Verwendung finden kann: „In Winterberg wurde gemeinsam mit der Stadt ein Entwicklungskonzept für den Kurpark umgesetzt, das jedoch weder den städtischen Haushalt noch die Bürger belastet. In einem Zeitfenster von etwa fünf Jahren werden dort von privaten Investoren insge-

Kommunalwirtschaft 10-11/2010

samt 100 Millionen Euro aufgebracht, um Winterberg als touristischen Anziehungspunkt voranzubringen,“ so Wolfram Wäscher. Geplant sind unter anderem ein Hotel, eine Stadt- und Kongresshalle sowie verschiedene Fitnesseinrichtungen – ein Gebiet, auf dem Wolfram Wäscher und sein Team ebenso viel Erfahrung mitbringen wie beim Hallenbadbau. Ohne das Engagement der bundesweit agierenden Firma „s.a.b.“ müssten nicht nur Städte wie Siegburg auf solch attraktive Freizeitmagnete wie das dortige „Oktopus“-Bad verzichten. Mehr noch: Die „s.a.b.“ entwickelt ihre vielerorts erfolgreichen Konzepte für eine Realisierung kommunaler Einrichtungen durch Privatinvestoren laufend weiter. Wolfram Wäscher: „Dabei spielen natürlich auch die Betriebskosten und der Umweltschutz eine wichtige Rolle, das sind wir unseren Kunden in den Rathäusern schuldig.“ Derweil erhält der Eisspeicher-Hersteller „Isocal“ Anfragen aus dem ganzen Land – darunter von zwei kommunalen Baugesellschaften, die nach einer besonders effizienten und kostengünstigen Energielösung für geplante Wohnanlagen in Aschaffenburg und im Allgäu Ausschau halten. Auch bei der Planung von Gewerbeparks spielt der „SolarEis“-Speicher zunehmend eine wichtige Rolle. „Isocal“-Geschäftsführer Alexander von Rohr: „Mit dem System können auch sehr weitläufige Gebäudekomplexe versorgt werden – bei Einsparungen von bis zu 50 Prozent gegenüber herkömmlichen Heiz- und Kühlanlagen.“ Es ist also wohl nur eine Frage der Zeit, bis auch in Köln der erste „Energiekosten-Drache“ von den erfahrenen „Drachentötern“ um Gebäudewirtschaftsleiter Engelbert Rummel in einem solchen Eisspeicher eingefangen werden kann. 7EITERE )NFORMATIONEN UNTER www.isocal.de.

755

IKZ Haustechnik Ausgabe 22/2010 www.ikz.de

Inspektion eines SolarEis-Speichers, der ein Fassungsvermögen von 890 000 l Wasser hat.

Heizen mit Eis Langzeitspeicher mit Latentwärmenutzung auf Wasserbasis bietet Energiequelle für Heiz- und Kühlfunktion Die umfassende Nutzung Erneuerbarer Energien ist u. a. angesichts des Klimawandels eines der großen Zukunftsthemen. Neben der z. B. direkten solaren Strahlung, der Wärme der Umgebungsluft und der oberflächennahen Erdwärmenutzung bietet sich eine weitere Energiequelle an, mit der im Winter geheizt und im Sommer gekühlt werden kann. Dabei handelt es sich um ein sogenanntes „SolarEis-Speicher“-System – ein Niedertemperatur-Langzeitspeicher mit Latentwärmenutzung auf Wasserbasis – das für Ein- und Mehrfamilienhäuser, aber auch für Gewerbe- und Industriegebäude geeignet ist. Da neben der Wärme auch die Kälte in das Konzept integriert ist, wird eine hohe Gesamteﬃzienz mit niedrigen Energiekosten und Schadstoﬀemissionen erreicht. Während bereits seit dem Jahre 2004 größere Gebäude mit der „SolarEis-Speicher“Technologie ausgestattet wurden, kann das System inzwischen auch für das Einfamilienhaus als Serienprodukt eingesetzt werden. Das Ziel, das der Entwicklungsingenieur Alexander von Rohr (Isocal HeizKühlsysteme GmbH) von Anfang an vor Augen hatte, war die Nutzung beider Energieströme einer Wärmepumpe. Während bei den meisten Wärmepumpen im Winter die „warme Seite“ zum Heizen genutzt wird, bleibt die gleichzeitig produzierte Kälte in der Regel ungenutzt. Der umgekehrte Fall stellt sich im Sommer ein. Während die Wärmepumpe/Kältemaschine das Gebäude kühlt, wird die Wärme meist an die Umgebungsluft abgegeben, also unbrauchbar gemacht. Zudem ist hierfür auch noch der Einsatz von Energie notwendig. Anders jedoch beim „SolarEis-Speicher-System“.

„Bausteine“ des Systems SolarEis.

HEIZUNGSTECHNIK

Wärmepumpen- /„SolarEis-Speicher“-Technik

NACHGEFRAGT IKZ-HAUSTECHNIK: „Heizen mit Eis“ ist aus technischer Sicht nicht richtig, da das Eis zur Kühlung dient. Wie ist dieser Satz entstanden? von Rohr: Sie haben recht. Die Begrifflichkeit „Heizen mit Eis“ ist aus physikalischer Sicht nicht ganz richtig. Die Idee dazu kam auch nicht von uns, sondern von unseren Kunden. Diese hatten versucht, eine einfache Erklärung für die Funktionalität des Systems zu finden. SolarEis vereint die saisonale Speicherung und Nutzung von Sonnenenergie mit der Nutzung der Latentwärme vom Phasenwechsel von Wasser zu Eis. IKZ-HAUSTECHNIK: Welche Erfahrung konnten Sie aus den bisherigen Einsät- Die IKZ-HAUSTECHNIK-Redaktion sprach mit zen des Systems gewinnen? Und kann der Alexander von Rohr, Geschäftsführer der Isocal Speicher bereits auch für kleinere Objekte HeizKühlsysteme GmbH, über das „Heizen mit Eis“. bezogen werden? von Rohr: Mit dem Bau eines Prototypen im Jahr 2004 und der Auswertung der Ergebnisse in den folgenden Heiz- und Kühlperioden wurde im Jahr 2006 das erste Hotel realisiert, dessen Energiekonzept komplett auf SolarEis aufbaut. Darauf folgten diverse Büro- und Gewerbeimmobilien – alle mit Speichervolumina von mehreren Hundert Tonnen Eis. Die so erlangten Erkenntnisse und Ergebnisse führten zur Entwicklung des „kleinen“ „SolarEis“-Systems, wie es für Wohnimmobilien im Neubau und in der Modernisierung eingesetzt werden kann. Im Jahr 2009 wurden die ersten Einfamilienhäuser mit diesem System ausgestattet. Und seit 2010 kann ein Serienprodukt angeboten werden, das fix und fertig zum Kunden transportiert wird und dort innerhalb eines Tages in Betrieb geht. Parallel dazu wird der Aufbau eines flächendeckenden Vertriebssystems vorangetrieben, da wir diese Technologie ausschließlich mit Partnerbetrieben aus dem Handwerk vertreiben werden. IKZ-HAUSTECHNIK: Welche sind die entscheidenden Vorteile, die sich für den Heizungsbaubetrieb und für den Endkunden bieten? von Rohr: Mit diesem System steht neben der Nutzung von Luft, Wasser und Erdreich eine weitere Wärmequelle für Wärmepumpenanlagen zur Verfügung, die die Vorteile von Luft-, Wasser- und Erdwärmenutzung vereint. Während bei Erdwärmesondenanlagen der Leistungsumfang des Heizungsbaubetriebes meist an der Schnittstelle zur Bohrung (Verteiler) aufhört, ist SolarEis ein Produkt, das komplett zum Leistungsumfang des Installationsbetriebes gehören kann. Somit bekommt dieser ein innovatives Unterscheidungsmerkmal zum Mitbewerber. Der Endkunde bekommt ein kalkulierbares System. Der Heizungsbauer kann eine feste Zusage bezüglich des Liefertermins und der Leistungsfähigkeit geben. Unkalkulierbare Risiken entfallen, eine Bohrgenehmigung ist nicht notwendig. Als angenehmer Nebeneffekt kann man dem Kunden die Option zum Kühlen seines Gebäudes anbieten – und zwar nahezu ohne energetischen Aufwand und ohne Schadstoffausstoß.

„SOLAREIS-SPEICHER“ Der mit Wasser gefüllte NiedertemperaturLangzeitspeicher mit Latentwärmenutzung, speichert die jeweils nicht benötigte Energieform. Die überschüssige Wärme des Sommers wird bis in den Winter gespeichert, während die nicht benötigte Kälte aus dem Winter in den nächsten Sommer mitgenommen werden kann. Damit sich über das gesamte Jahr eine möglichst ausgewogene Energiebilanz einstellt, ist es nötig, auf unterschiedliche, zu verschiedenen Zeiten ver22/2010 IKZ-HAUSTECHNIK

fügbare, Energieformen zuzugreifen. Dabei handelt es sich um die: • Wärmeenergie der Sonne, • Wärmeenergie der Luft, • Wärmeenergie der erdnahen Bodenschichten, • Wärmeenergie des Wassers und die • Kristallisationsenergie des Wassers, beim Übergang in den festen Zustand. Dabei ist es gelungen, die Energieformen zu kombinieren, also saisonal zu speichern

HEIZUNGSTECHNIK

Wärmepumpen- /„SolarEis-Speicher“-Technik

Durch die spezielle Anordnung und Gestaltung der Wärme- und Kälteüberträger wird vermieden, dass die durch die Eisbildung mögliche Sprengwirkung die Behälterwände schädigt. Einbau eines „SolarEis-Speichers SE 12“ (Inhalt: 12 000 l Wasser) für ein Einfamilienhaus.

und zeitversetzt, nahezu verlustfrei wieder nutzbar zu machen. Seit den ersten Einsätzen des Systems hat sich bestätigt, wie wichtig und erfolgreich die Kombination der verschiedenen Energiequellen war: „Je mehr regenerative Energiequellen in einem System zum Einsatz kommen, desto stabiler kann es über das gesamte Jahr genutzt werden. Ein Ausfall des Sonnenbeitrages bei Nacht oder bei mit Wolken verhangenem Himmel kann problemlos kompensiert werden“, erklärt von Rohr. Neben der Wärme des Wassers war es für den Konstrukteur darüber hinaus eine Herausforderung, auch die Kristallisationswärme, die beim Übergang des Aggregatzustandes „flüssig“ (Wasser) in den Aggregatzustand „fest“ (Eis) entsteht, zu nutzen. Hierzu war die Entwicklung eines Verfahrens zur Aufhebung der Sprengwirkung des Eises notwendig. Gleichzeitig durfte die Effizienz der Wärmepumpe durch den immer stärker werdenden Eispanzer nicht leiden. Erst durch Schaffung dieser Rahmenbedingungen konnten die Vorteile dieses Heizsystems ganz genutzt werden.

AUFBAU UND FUNKTION Das System besteht aus einem unterirdisch eingebrachten Speicher mit Wärme-/Kälteüberträgern, Solar- und Luftkollektoren sowie einer Steuerungseinheit. Durch die Verwendung von Solar-Kollektoren wird neben der direkten Heizungsunterstützung auch ein Beitrag zur Warmwasserbereitung geleistet. Als Wärmepumpensystem werden nach Herstellerangaben Jahresarbeitszahlen von 5,2 und mehr erreicht. Im Winter und der Übergangszeit entzieht eine Wärmepumpe dem unterirdischen Wasserspeicher – dem „SolarEis“-Speicher – die Energie, die zum Heizen und zur Aufbereitung des Warmwassers benötigt wird. Dazu wird die im Sommer eingelagerte Wärme dem Speicher so lange entnommen, bis das Wasser seinen Aggregatszustand ändert (Eisbildung). Dieser Vorgang wird durch Phasen der Regeneration des Eises immer wieder unterbrochen. Durch Zuführung der Wärmeenergie der Regenerativen Energien (Sonne, Wärme der Luft, Erdwärme) wird dem Speicher so viel Wärme zugeführt, dass das Eis wieder in seinen flüssigen Ag-

gregatszustand zurückgeführt wird. Somit kann der Prozess der Nutzung von Kristallisationswärme von Neuem beginnen. Im Sommer kann die „Kälte des Winters“ zum aktiven Kühlen verwendet werden. Das als „thermisches Abfallprodukt“ im Winterbetrieb erzeugte Eis dient im Sommer somit als kostenlose Kältequelle. Für diese Nutzung muss lediglich eine Umwälzpumpe eingebaut werden, die den Kaltwasserkreislauf zwischen Gebäude und Eisspeicher aufrechterhält. ANLAGENEFFIZIENZ Im Heizbetrieb treten Kosteneinsparungen laut Herstellerangaben gegenüber herkömmlichen Systemen von etwa 50 % auf, bei der Kühlung von etwa 99 %. Im Gegensatz zu klassischen Solaranlagen wird bei diesem System die Sonnenenergie bereits bei Temperaturen von knapp über 0° C gespeichert und genutzt. Das wahrscheinlich wichtigste Unterscheidungsmerkmal zu allen anderen Systemen: Energie wird bei großem Volumen (>10 000 l), aber bei möglichst niedriger Temperatur gespeichert. Diese Art der Wärmespeicherung vermeidet große Wärmeverluste und lässt die an-

Neben der runden Bauform des Eis-Speichers ist auch eine rechteckige Lösung möglich, auf der z. B. auch eine Garage platziert werden kann.

IKZ-HAUSTECHNIK 22/2010

geschlossene Solaranlage um ein Vielfaches effektiver werden. Die Temperatur des „SolarEis“-Speichers liegt während der Heizperiode zwischen 0 °C und 6 °C. Mit diesen niedrigen Temperaturen wird auch die speziell darauf abgestimmte Solaranlage angefahren. Die Taupunktunterschreitung innerhalb des Kollektors wird bewusst herbeigeführt, da auf diese Weise wesentlich mehr Wärme erzielt und gespeichert werden kann, als bei herkömmlichen Solaranlagen. Wärmeverluste werden vermieden, da die Temperatur des Speichermediums (Wasser/Eis) niedriger liegt, als die der Umgebung (Erdreich). Auch wenn es sich paradox anhört, der SolarEisSpeicher verliert keine Wärme, er gewinnt Wärme aus der Umgebung, da diese wärmer ist als das Speichermedium selbst. Die meisten auf dem Markt befindlichen Heiz- und Kühlsysteme nutzen lediglich ein bis maximal zwei regenerative Energiequellen. Das System SolarEis arbeitet mit insgesamt fünf regenerativen Energiequellen unter Nutzung des Speichermediums Wasser in den Aggregatzuständen fest und flüssig. In Abhängigkeit der Dimensionierung setzen sich die Energieströme zu etwa 40 % aus Solar- und Luft-Erträgen, zu etwa 40 % aus Wärme aus dem Erdreich und zu etwa 20 % aus dem Anteil des „SolarEis“-Speichers zusammen. Darüber hinaus zeichnet sich das System u. a. durch weitere Vorteile aus: • PV-Kühlung. Die Kühlfunktion kann auch zur Kühlung einer Photovoltaikanlage genutzt werden, deren Wirkungsgrad in der Regel bei höheren Temperaturen zurück geht. Die Kühlung der Module bewirkt einen bis zu 25 % höheren Wirkungsgrad und eine verlängerte Lebensdauer. • Ertragssicherheit. Während geothermische Anlagen unter Leistungsminderung durch Abkühlung des Erdreichs und Vereisung leiden können, liefert das „SolarEis“-System konstant berechenbare Ergebnisse. • Einsatz in Grundwasserschutzgebieten. Da von dem „SolarEis“-Speicher kein Risiko für Erdreich oder Grundwasser ausgeht, kann er auch in Grundwasserschutzgebieten eingesetzt werden. Bilder: Isocal HeizKühlsysteme GmbH, Friedrichshafen

www.isocal.de

22/2010 IKZ-HAUSTECHNIK