Eisspeicher selber bauen: Was muss beachtet werden?

18

Ein Eisspeicher nutzt die beim Gefrieren und Schmelzen von Wasser freiwerdende beziehungsweise aufgenommene Kristallisationswärme, um Heiz- und Kühlsysteme effizient zu betreiben. Pro Kilogramm Wasser werden beim Phasenwechsel rund 334 kJ Energie freigesetzt, etwa 80-mal mehr, als sich durch eine reine Temperaturabsenkung um 1 K gewinnen ließe. So entsteht eine kompakte Energiespeicherlösung, die Wärmepumpen im Frostbetrieb entlastet, Netzspitzen im Winter abfedert und im Sommer passiv kühlt.

Funktionsprinzip einer Eisspeicherheizung mit Wärmepumpe

Das System arbeitet in zwei Zyklen. In der Kristallisationsphase entzieht die Wärmepumpe dem flüssigen Speicherwasser so viel Wärme, dass es bei konstant 0 °C gefriert. Die freigesetzte Kristallisationsenergie wird über einen innenliegenden Rohrschlangentauscher direkt ins Heiznetz eingespeist. In der Schmelzphase wird warmes Heizwasser durch dieselbe Rohrschlange geleitet, entzieht dem Eis Energie und schmilzt es. Das so vorgewärmte Wasser kehrt zurück in die Heizkreise, wodurch Spitzenlasten automatisch geglättet und die Wärmepumpe dauerhaft im optimalen Leistungsbereich gehalten wird.

Energieentnahme und Beladung

Bei der Energieentnahme fließt Sole aus dem Speicher über den Wärmetauscher der Wärmepumpe ins Heizsystem. Dabei schmilzt das Eis nach und nach, bis der Speicher teilweise bis ganz entladen ist. Für die Beladung kommen auf dem Dach installierte Solarkollektoren zum Einsatz. Sie liefern tagsüber die notwendige Wärme, um das geschmolzene Wasser wieder aufzufrieren. Die Solarkreis-Sole erwärmt sich in den Kollektoren und schmilzt das Eis kontrolliert.

Vereisung und Wärmeentzug

Die Vereisung erfolgt durch Wärmeentzug der Sole in der Rohrschlange, wobei das Wasser im Behälter von flüssig zu fest übergeht. Die während des Phasenwechsels entstehende Latentwärme bleibt konstant bei 0 °C und kann effizient vom Wärmetauscher aufgenommen werden. Im Wärmeentzug-Prozess zirkuliert Heizwasser durch dieselbe Schlangenkonstruktion, nimmt die Energie auf und heizt Räume und Warmwasser.

Eisspeicher selber bauen: Aufbau und Komponenten

Um ein Eisspeichersystem zu realisieren, werden folgende Hauptkomponenten benötigt:

• Speicherbehälter (Beton, PE-HD oder feuerverzinkter Stahl)
• Rohrwärmetauscher (zwei getrennte Kreisläufe aus Edelstahl/Kupfer)
• Sole-/Luft-Wasser-Wärmepumpe (5 bis 15 kW Nennleistung)
• Solarkollektoren für den Schmelzbetrieb
• Hydraulik-Bauteile (Umwälzpumpen, Ventile, Manometer, Ausdehnungsgefäß)
• Regelungstechnik mit Temperaturfühlern im Ober-, Mittel- und Unterbereich des Speichers

Berechnung der Eisspeichergröße

Die Dimensionierung richtet sich nach dem Jahresheizbedarf (kWh/a) und der Nennleistung der Wärmepumpe (kW). Als grobe Faustformel gelten 300 bis 500 Liter Speichervolumen pro kW, um Lade- und Entladezyklen von 24 bis 48 Stunden zu ermöglichen. Die genaue Größe wird folgendermaßen berechnet:

• Berechnungsformel für die Eisspeichergröße: Eisspeichergröße = Behältervolumen × (Leistung der Wärmepumpe ÷ COP) × Sonnenstunden pro Tag

Faktoren wie mittlerer COP, lokale Sonnenscheindauer und Kollektorleistung fließen in die Feinabstimmung ein, um passende Latent- und Sensible-Kapazitäten zu erreichen.

Die Vorteile eines solchen Heizsystems

Eisspeicherheizungen bieten mehrere entscheidende Vorteile:

• Hohe Energiedichte durch Nutzung der Latentwärme – kompakte Bauweise bei großer Speicherkapazität
• Doppelnutzung von Wärme und Kälte – passive Kühlung im Sommer ohne separate Klimatechnik
• Lastspitzenmanagement – Peak-Shaving durch zeitliche Verschiebung von Heiz- und Schmelzzyklen
• Nachhaltigkeit – Kombination mit Solarthermie und Ökostrom senkt CO₂-Bilanz und Betriebskosten

Sieben Schritte zum Eigenbau eines Eisspeichers

1. Fundament und Standort: Aushub oder Betonfundament herstellen, Drainage und Frostschutz bei Erdverlegung (≥ 80 cm Tiefgang) sicherstellen.
2. Tankpositionierung: Speicherbehälter waagerecht einbringen, Untergrund auf Setzungen prüfen.
3. Rohrschlangeninstallation: Edelstahl-/Kupferwendeln einführen und an Haltebügeln fixieren.
4. Hydraulische Anbindung: Sole- und Solar-Kreisläufe verlegen, Umwälzpumpen, Ventile und Manometer installieren.
5. Druckprüfung: Mit 1,5-fachem Betriebsdruck testen, Undichtigkeiten abdichten.
6. Isolierung und Verkleidung: XPS-/PU-Platten montieren, Fugen mit PU-Schaum abdichten, optionale Wetterschutzverkleidung anbringen.
7. Regelung und Inbetriebnahme: Steuerung anhand von Wetter- und Tarifdaten programmieren, ersten Zyklus überwachen und Parameter optimieren.

Integration mit Solarthermie und Solareisspeicher

In einem Solareisspeicher verbinden dieselbe Rohrschlange und derselbe Betontank Wärmepumpe und Solarkollektoren. Tagsüber sorgen die Kollektoren für ein kontrolliertes Schmelzen, nachts kristallisiert der Speicher mithilfe der Wärmepumpe. Dieser ganzjährige Betrieb maximiert die Eigennutzung von Solarstrom und reduziert die Stromaufnahme der WP um bis zu 20 %. Ein optionaler Brennwertkessel deckt nur wenige Prozent des Bedarfs bei extremen Außentemperaturen.

Regelung, Automatisierung und Fernüberwachung

Eine intelligente Steuerungseinheit verknüpft Temperaturdaten aus Ober-, Mittel- und Unterzonen des Speichers mit Wetterprognosen und variablen Stromtarifen. PID-Algorithmen optimieren Umwälzpumpen und Ventile in Echtzeit. Über Smart-Home-Schnittstellen lassen sich Leistungsdaten mobil abrufen, Alarmmeldungen bei Undichtigkeiten empfangen und Betriebszeiten automatisch an Niedertariffenster anpassen.

Sicherheit, Wartung und Lebensdauer

Zur langfristigen Funktion gehören halbjährliche Dichtheits- und Pumpenprüfungen sowie eine jährliche Kalibrierung der Sensorik. Die Isolierung ist auf Beschädigungen zu kontrollieren, Stahlbehälter benötigen Korrosionsschutz, Kunststofftanks Prüfungen auf Materialermüdung. Sicherheitsventile vermeiden einen Überdruck beim Gefrieren, Ausdehnungsgefäße kompensieren Volumenschwankungen. Mit einer hochwertigen Ausführung ist eine Lebensdauer von über 20 Jahren realistisch. Am Ende der Nutzungszeit werden Behälter und Leitungen fachgerecht recycelt.

Behördliche Auflagen und Genehmigungen

Unterirdische Tanks können genehmigungspflichtig sein, insbesondere im Grundwasser- und Brandschutzbereich. Vor Baubeginn sind Abstimmungen mit Bauamt, Gewässerschutzbehörde und Feuerwehr unerlässlich, um rechtliche Vorgaben zu erfüllen und Bußgelder zu vermeiden.

Fehlerquellen und Lösungsstrategien

Ein unzureichendes Fundament führt zu Setzungen und Leckagen. Falsch dimensionierte Rohrwärmetauscher verzögern Lade- und Entladezyklen. Automationsprobleme entstehen meist durch eine ungenaue Sensor-Kalibrierung oder fehlende Wetterdaten. Abhilfe schaffen großzügige Puffer im Speichervolumen, redundante Sensorinstallationen und eine professionelle Inbetriebnahme durch erfahrene Fachbetriebe.

• Wirtschaftlichkeit und Fördermittel
• Investitionsposition Kosten (€)
• Eisspeicher inkl. Einbringung 7.000 – 12.000
• Wärmepumpe 8.000 – 18.000
• Solarthermie (Auftauen) 3.000 – 6.000
• Gesamt 18.000 – 36.000

BAFA und KfW fördern effiziente Wärmepumpen und Solarthermie mit bis zu 45 % Zuschuss. In Kombination mit Stromkostenersparnissen und Peak-Shaving amortisiert sich das System meist innerhalb von 8 bis 15 Jahren.

Umweltbilanz und Zukunftsperspektiven

Durch die Substitution fossiler Heizsysteme lassen sich CO₂-Emissionen um bis zu 70 % senken. In Verbindung mit Ökostrom und Solarthermie entsteht eine nahezu klimaneutrale Wärme- und Kälteversorgung. Zukünftige Entwicklungen wie thermochemische Speicher und Phasenwechselmaterialien auf Paraffinbasis versprechen noch höhere Energiedichten und kompaktere Bauweisen.

Fazit

Ein selbst gebauter Eisspeicher kombiniert höchste Energiedichte mit intelligenter Lastverschiebung und doppelter Nutzung als Heiz- und Kühlsystem. Mit einer präzisen Planung, intelligenten Automatisierung und regelmäßigen Wartung entsteht eine langlebige, wirtschaftliche und umweltfreundliche Lösung, die Heizkosten nachhaltig senkt und erneuerbare Energien optimal nutzt.