Mit Wärmepumpen betriebene Eisspeicher können eine nachhaltige Lösung für den Wärme- und Kältebedarf von Gebäuden sein. Eisspeicher und Wärmepumpe können eine interessante Kombination zur Wärme- und Kältespeicherung für Gebäude sein. Darauf verweist die Messe Erfurt, die während der Erfurter Energiespeichertage Informationen zu der Technologie anbietet. Es sei wichtig, die rechtlichen Vorgaben zur Wärmewende in Gebäuden auch sozialverträglich zu gestalten. Das gehe nur mit effizienten Speichertechnologien, die Wärme aufnehmen und im Idealfall im Sommer auch die Gebäude kühlen können. Denn der Kühlbedarf wird angesichts des Klimawandels in Zukunft deutlich ansteigen. Energiehungrige Kompressionskälteanlagen, bisher der Standard, seien dafür nicht nachhaltig. Eisspeicher-Heizung nutzt Wärmepumpe bivalent Eine mögliche Lösung sind Eisspeicher. Die Technik der Eisspeicher-Heizung besteche durch einen simplen Gedanken: Entzieht man Wasser Wärme, kristallisiert es zu Eis. Dabei wird noch einmal zusätzliche Wärme frei, und zwar bei einem 300 Kubikmeter fassenden Becken etwa die gleiche Energiemenge wie von 3000 Litern Heizöl.
Die Eisspeicher bestehen meist aus einem unterirdisch vergrabenen Betonbehälter. Über Sonden entziehen Wärmepumpen dem Wasser die Wärme, sodass es zu einem hohen Prozentsatz, aber nicht vollständig, vereist. Das reicht vollkommen aus für die Heiz- und die Trinkwasserwärme in einem gut gedämmten Gebäude. Im Sommer hingegen führt die Wärmepumpe die Wärme aus dem Gebäude in den Eisspeicher, sodass dieser langsam wieder auftaut und gleichzeitig das Gebäude gekühlt wird. Wer im Chemieunterricht aufgepasst hat, erinnert sich: in dem Phasenübergang von fest zu flüssig lassen sich große Energiemengen speichern. In umgekehrter Richtung lassen sie sich zurückgewinnen. Gerade die Immobilienwirtschaft ist auf der Suche nach solchen effizienten Lösungen für die Wärme- und Kälteversorgung. Denn nur so kann sie die ehrgeizigen Ziele im Wärmemarkt – 55 Prozent CO 2 -Reduktion bis 2030 und Klimaneutralität bis 2045 – schaffen. Schon ab 2025 soll bei Neubauten ein erhöhter Standard, der des Effizienzhauses 40 gelten.
Haushalte mit einem hohen Stromverbrauch profitieren am stärksten von einer eigenen Photovoltaikanlage auf dem Dach. Besonders sinnvoll ist es, eine PV-Anlage mit einem Batteriespeicher und einem E-Fahrzeug oder einer Wärmepumpe zu kombinieren. Seit ein paar Jahren zeichnet sich jedoch der Trend ab, auch eine Wärmepumpe zusammen mit einem Stromspeicher zu kombinieren. Aber warum werden immer mehr Wärmepumpen mit Stromspeichern kombiniert? Wir haben Jan Figgener von der RWTH Aachen gefragt, warum gerade Wärmepumpen immer häufiger mit Stromspeichern kombiniert werden. Anteil an Heimspeicher-Installationen mit großen Verbrauchern wie Wärmepumpen, E-Autos, Durchlauferhitzern und Elektroheizungen (Grafik: Jan Figgener in Anlehnung an) Die Sektorenkopplung im Eigenheim ist schon heute Realität für viele Haushalte mit PV-Speicher. Mehr als 30% der Speicher werden in Kombination mit einer Wärmepumpe betrieben. Verständlich, denn so lässt sich auch der Wärmepumpenstrom zu großen Teilen selbst und klimafreundlich erzeugen.
Dass dennoch immer mehr Stromspeicher installiert werden, hat jüngst Jan Figgener von der RWTH Aachen wieder bestätigt. Laut einer umfassenden Analyse von JARA-ENERGY, dem gemeinsamen Energieforschungsverbund des Forschungszentrums Jülich und der RWTH Aachen, werden die meisten stationären Batterien privat als Stromspeicher für Photovoltaikanlagen angeschafft. Jan Figgener hat in seiner Analyse des deutschen PV-Heimspeichermarktes "The development of stationary battery storage systems in Germany – status 2020" überdies herausgefunden, dass immer mehr Wärmepumpen mit Stromspeichern kombiniert werden. Wir haben Jan Figgener persönlich gefragt, wieso zunehmend Wärmepumpen mit Stromspeichern installiert werden? Denn eigentlich ist die Differenz aus eingesparter kWh Wärmepumpenstrom minus Speicherkosten und Stromgestehungskosten tendenziell kleiner als die bei der Substitution von Haushaltsstrom. Liegt es daran, dass es häufig Effizienzhaus-Neubauten sind, die sowieso mit einer Wärmepumpe beheizt werden?
Liegt es an der hohen Wärmepumpen-Förderung insbesondere für Sanierungen, die gerade diese Kombination attraktiv macht? "Wir haben gesehen, dass viele Haushalte ihre Entscheidung über die Energieerzeugung nicht unbedingt immer anhand wirtschaftlicher Parameter treffen. In unseren Umfragen ( "Speichermonitoring BW - Jahresbericht 2019" S. 24) haben wir explizit nach der wirtschaftlichen Erwartung an einen PV-Speicher gefragt und "nur" 61% haben eine Gewinnerwartung, 37% eine Nullgeschäft-Erwartung und 2% sogar eine Verlusterwartung", so Figgener. "Dabei sind eben die eigene Teilnahme an der Energiewende und ähnliche Motive wichtige Treiber. Rein ökonomisch betrachtet, ist die Rendite einer PV-Anlage ohne Speicher meist höher als die der Kombination der beiden Komponenten und trotzdem wächst der Heimspeichermarkt seit Jahren. In 2020 gab es laut Umfragen von 3Energie Consulting (Folie 7) einen starken Zubau an Wärmepumpen, da die Förderung für den Ölheizungsaustausch ausgelaufen ist. Zudem stellen der Wunsch nach einer möglichst hohen Energie-Autarkie und die Förderung eines energieeffizienten Wohnungsbaus ebenfalls Treiber für den Wärmepumpen-Boom dar", erklärt Figgener.
Solareinsatz: Im unteren Bereich steht ein spezieller Solarwärmetauscher mit zusätzlicher Tauscherfläche im doppelten Speicherboden zur Verfügung. Durch diesen Tauscherboden wird auch das Speichervolumen unterhalb des Solarwärmetauschers in die solare Wärmezone eingebunden. Der Solarrücklauf ist deshalb der unterste Anschluss des Speichers, das Trinkwasser wird komplett bis zum Boden aufgeheizt, eine optimale Wärmeausbeute ist hiermit gewährleistet (bei herkömmlichen Solarspeichern ohne Doppelboden bleibt der Bereich unterhalb des Wärmetauschers ungenutzt)! Außerdem erreicht der Solarrücklauf niedrigere Temperaturen wodurch der Kollektorwirkungsgrad erhöht wird. Der Wärmepumpen-Solarspeicher von Solarbayer sorgt durch seine besondere Bauweise perfekt für eine konstant hohe Zapfleistung in bester Trinkwasserqualität. Außerdem werden die Betriebskosten der Wärmepumpen gering gehalten. Der Wärmepumpenspeicher bietet auch der Brennwerttechnik viele Vorteile. Auf Grund des größeren Nachheizvolumens werden Brennerlaufzeiten verlängert, gleichzeitig werden die Brennerstarts verringert.