isocalPressespiegel

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, umwelt-

schonende 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

Rund 350.000Wärmepumpen wurden bis-her in Deutschland installiert – ein Boom,der kaum zu stoppen ist. Und tatsächlichspricht viel für diesen vielleicht wichtigstenTrend in der Gebäudetechnik: Herkömm-licheWärmepumpen beziehen ihre Heiz-energie nicht aus fossilen Rohstoffen,sondern aus der natürlichen Erd-, Grund-wasser- oder Lufttemperatur. Diese meist

relativ kühlen Temperaturquellen werdenin einer Art „umgekehrtem Kühlschrankef-fekt“ inWärme umgewandelt – mit unter-schiedlich hohem Aufwand.Mal werdenErdkollektoren großflächig im Garten ins-talliert, mal sind Bohrungen in großer Tiefeerforderlich,mal genügt ein einfacher Stell-platz für eine Luftwärmepumpe. Jedesdieser Konzepte ermöglicht grundsätzlich

eine umweltfreundliche und sparsameVersorgung mit Heizenergie und warmemWasser. Die Krux: nicht jedeWärmepumpeist auch für jedes Gebäude geeignet – undkeines der genannten herkömmlichenVerfahren ist bisher wirklich ausgereift:

! Für eine Erdwärmepumpe ist zunächsteine ausreichende Gartenfläche erforder-lich, auch sollte die Installation möglichstvor der Erstbepflanzung durchgeführtwerden. Doch auch später noch könnenSchäden an den Rohrleitungen auftreten– etwa durch starkenWurzelwuchs vonBäumen und Sträuchern.

! Bei der Nutzung des Grundwassers fürdie Erzeugung von Heizenergie ist meistein aufwendiges Genehmigungsverfahrendurch die örtlicheWasserbehörde Pflicht.Die Bohrungen sind zudem teuer und mitgewissen Risiken für die Bausubstanz derumliegenden Gebäude verbunden. Sozeigten sich etwa im Schwarzwaldstädt-chen Staufen nach umfangreichen Erd-wärmebohrungen Risse an 256 Häusern –ein Schaden von mehr als 40 MillionenEuro.

! Völlig „ungefährlich“ sind dagegen Luft-wärmepumpen – allerdings erreichen sienicht immer die erforderliche Vorlauf-temperatur und müssen daher nicht sel-ten durch klassische Öl- und Gasheiz-brenner unterstützt werden.

2 Bautechnik

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Innovative „SolarEis“-Speichersysteme laufenherkömmlichenWärmepumpen den Rang ab

Energiekosten einfach einfrierenBeim Heizen und Kühlen vonWohnhäusern oder Gewerbeflächen sind sie extrem zuverlässig,höchst effizient und können deutlich mehr als alle vergleichbaren Konzepte. Die Rede ist vonEisspeichern – genauer: von „SolarEis“-Systemen. Nein, dabei geht es nicht etwa um eine neueKühlschrankmarke – es geht um die konsequenteWeiterentwicklung der ebenfalls noch rechtjungenWärmepumpentechnologie. Das Ziel: Energiekosten drastisch senken undmithilfe derfünf Elemente Sonne, Luft, Erde,Wasser und Eis auf niedrigem Niveau einfrieren.

Text: Uwe HerzogFotos: Isocal

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GreenbuildingAusgabe Dezember 2010

www.greenbuildung.de

Bautechnik 3

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Der entscheidende Nachteil aller drei ge-nanntenWärmepumpen-Systeme ist je-doch ihre Abhängigkeit von natürlichenStandort- und Klimabedingungen, die sichoft nur schwer vorhersehen und steuernlassen. Um diese Schwächen zu umgehen,setzen findige Eigenheimbesitzer, Unter-nehmen und öffentliche Einrichtungen beiNeubauten undModernisierungen neuer-dings auf ein sogenanntes „SolarEis“-Spei-chersystem.

Das „SolarEis“-System nutztfünf ElementeDas Grundprinzip: Anstatt sich nur auf einenatürliche Energiequelle zu verlassen,wer-den gleichmehrere „Naturgewalten“ gleich-zeitig genutzt: Sonne, Luft, Erde,Wasser –und Eis. Erfinder dieser „optimalenWärme-pumpe“ ist der Friedrichshafener IngenieurAlexander von Rohr, der zusammenmitHeiko Lüdemann eine eigens für das Pro-jekt gegründete Manufaktur am Bodenseebetreibt – die isocal HeizKühlsystemeGmbH (www.isocal.de). Das hier gefertigte„SolarEis“-Systemwurde bereits 2006mitdem„Innovationspreis der deutschen Gas-wirtschaft“ und jüngst auch mit demInnovationspreis des „Deutschen Industrie-und Handelskammertages“ 2010 ausge-zeichnet . Es besteht aus mehreren Kompo-nenten:

! Das zentrale Element ist der Eisspeicher.Dabei handelt es sich um einen isoliertenWassertank, der in einer Tiefe von etwavier Metern in den Erdboden eingelassenwird. BeiWohnhäusern geschieht diesmeist unter der Garage. Das Fassungsver-mögen reicht dabei von etwa 10 bis 15Kubikmetern für Einfamilienhäuser undbis zu tausend bei Gewerbegebäuden.Einmal im Erdboden versenkt, nimmt dasWasser dort zunächst die natürliche Erd-wärme der Bodenschichten auf undmacht sich diese für die spätere Energie-gewinnung zunutze.

! Zugleich werden die Temperaturbedin-gungen im Tank durch einen übererdigenKollektor beeinflusst, der – meist auf demHausdach montiert – seine Energie so-wohl aus der vorhandenen Lufttempera-tur als auch aus der Sonnenkraft bezieht.Dieser „SolarLuft“-Kollektor speichert dieWärme selbst noch bei Dunkelheit undRegen und lagert sie über ein entspre-chendes Leitungssystem im„SolarEis“-Speicher ein. Im Sommer wird die Solar-wärme genutzt, um das Brauchwasserzu erwärmen – imWinter bietet derKollektor eine kräftige Heizunterstüt-zung.

! Nun kommt dieWärmepumpe ins Spiel:Sie versorgt das Gebäude mit der nöti-gen Raumwärme, die zuvor durchSonnenenergie, Lufttemperatur oder

Erdwärme im„SolarEis“-Speicher erzeugtwurde. Dabei kommt eine spezielle „Gas-Absorptions“-Wärmepumpemit einerLeistung von mindestens 40 kW zumEinsatz, die von einem Gasbrenner ange-trieben wird.

! Um auch jederzeit ausreichende Mengenan warmemWasser zur Verfügung zustellen,wird zusätzlich einWarmwasser-speicher im Gebäude installiert. Dieserspeist sich zunächst aus der Sonnenwär-me, die der „SolarLuft“-Kollektor erzeugt.Scheint die Sonne nicht, springt dieWärmepumpe automatisch auf die Ver-sorgung mitWärmeenergie aus dem„SolarEis“-Speicher um.

! Ein speziell für dieses komplexe Systementwickelter Regler kontrolliert dieeinzelnen Komponenten: der „SolarEis“-Manager. Damit legen die Bewohner bei-spielsweise fest, ob dieWärme des über-

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1 Gefriervorgang: Beim Übergang vonWasser zu Eis entsteht Kristallisationswärme – und damit viel Energie.2 Großprojekt:Wenn alleWärmetauscherleitungen 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.

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irdischen „SolarLuft“-Kollektors sofort fürWarmwasser verwendet oder aber zu-nächst im unterirdischen „SolarEis“-Spei-cher eingelagert werden soll.

Eine Art Hightech-Renaissancevon Großvaters Eiskeller?Erfinder Alexander von Rohr meint dazu:„Einen Eiskeller zuhause im Garten zu ha-ben, wie die Generation unserer Großelterndas kannte, kann auf diesemWege wiederzum Alltag werden und kostengünstig fürdas richtige Klima sorgen.“ Doch woherstammt die enorme Energiemenge, die einmoderner „SolarEis“-Speicher erzeugt?Alexander von Rohr:„Das Geheimnis be-ruht auf einem einfachen physikalischenPrinzip:WennWasser zu Eis gefriert, ent-steht die sogenannte Kristallisationswär-me. Diese freigesetzteWärmemenge ent-spricht derselben Energiemenge, die mangewinnt, wennmanWasser von 80 GradCelsius auf Null Grad Celsius herabkühlt.Das Problem: Bisher konnte dieser Effektnicht genutzt werden, da die dabei auf-tretende Sprengwirkung des Eises tech-nisch nicht beherrschbar war.“

Am Gefrierpunkt wirdWärme-energie freiDas „SolarEis“-System verhindert durchseine neuartige Technologie die Sprengungdes Eises zuverlässig. Der Clou: Der Kristal-lisationsprozess kann nun nicht nur hun-dertprozentig beherrscht, sondern auchgezielt gesteuert – und vor allem – fastbeliebig hinausgezögert werden. Dabeiwird der Gefrierpunkt über Monate hinwegimmer wieder eingeleitet, gestoppt undaufs Neue gestartet. Und immer wiederaufs Neue wird eine enormeMenge anKristallisationswärme freigesetzt. Alexan-der von Rohr:„Dieses physikalische Phäno-men kommt der extrem hohen Effizienzder Anlage im Betrieb über den gesamtenJahreszyklus hinweg zugute.“

Kostenneutrale, umweltschonen-de Klimaanlage im SommerMit dem„SolarEis“-System kannman je-doch nicht nur imWinter heizen, sondernim Sommer auch die gespeicherte Kältezum aktiven Kühlen vonWohn- und Arbeits-räumen verwenden. Der „SolarEis“-Speicherwird damit zur nahezu kostenneutralen

und umweltschonenden Klimaanlage. Esist lediglich eine kleine Umwälzpumpe nö-tig, die den Kaltwasserkreislauf zwischenGebäude und Eisspeicher aufrecht erhält.Besitzer von Photovoltaik-Anlagen könnensich zudem über einen äußerst gewinn-bringenden Nebeneffekt freuen: Die Küh-lung aus dem Eisspeicher kann ohne großenAufwand an besonders heißen Sommerta-gen auch für die Module genutzt werden.Damit lassen sich die bei Überhitzung vonPV-Anlagen einsetzenden Energieverlusteausgleichen – die „SolarEis“-Kühlung bringthierbei in der Praxis zwischen 25 und 30Prozent Energiegewinn.

Das Ganze ist trotz seiner zahlreichen phy-sikalischen und technischen Finessen nichtnur äußerst flexibel, sondern auch erstaun-lich leicht zu installieren und lässt sichebenso leicht steuern. Dabei deckt das„SolarEis“-System bei entsprechender Aus-legung sowohl denWärme- als auch denKältebedarf von Gebäuden aller Größen-ordnungen hundertprozentig und ganz-jährig ab – vom Eigenheim bis zum Büro-komplex. Zu den Nutzern gehören nichtnur immer mehr „Häuslebauer“, sondernauch Hotels und Verwaltungsgebäude. !

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Uwe HerzogJg. 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 dasmehrfach preisgekrönte Entscheidermagazin „Issues“,„Erneuerbare Energien“ und das Supplement „Regenerative Energien“. Außerdemrealisierte er ein Klimaschutzportal für einen internationalen Elektrotechnikkonzern. Zu seinen Themenschwerpunkten zählen vor allemAspekte der Architektur und Gebäudetechnik sowie Energie- und Umweltthemen. mail@uweherzog.com;www.uweherzog.com

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

6 Optimierung:Messarbeiten im inneren eines Eisspeichertanks.

technik & innovation

2 e. 21 - energie für morgen 4.10

technik & innovation

Wegen ihres hohen Klimatisierungs- und Warmwasserbe-darfs gehören Hotels zu den energieintensiven Gebäuden. Nicht zuletzt ihre Wellness-Bereiche machen sie zu Ener-giefressern. Solch klimatischer Aufwand ist nicht nur ein kritischer Kostenfaktor, in Zeiten ökologischen Bewusst-seins 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.

HEIZEN MIT EIS – INNOVATIVE ENERGIE FÜR HOTELS.

e21 - energie für morgenAusgabe November 2010

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3www.e21online.de

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 zu-rückzugreifen, 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 Fried-richshafener Isocal-GmbH entwickelt wurde, konnte das Hotel seine Kühl- und Heizkosten im Vergleich zu üb-lichen Kühl- und Heizsystemen deutlich niedriger hal-ten: Bei den jährlich Heizkosten spart das „Riva“ rund 12.000 Euro ein, bei Kühlkosten liegt die Kostenerspar-nis 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 kli-mafreundliches Image an.

Eis als e! ziente WärmequelleMit Eis zu heizen, erscheint im ersten Moment zwar pa-radox. Tatsächlich beruht dieses Heizsystem jedoch auf bewährten Prinzipien: Seit jeher überlegten sich Men-schen, wie sich die Wärme des Sommers für die nächste Heizperiode speichern bzw. ob sich die Kälte des Win-ters für den folgenden Sommer nutzen lässt. Im Mittel-alter bauten sie Eisgruben und Eishäuser, um Fleisch und verderbliche Waren im Sommer zu kühlen. Im 19. Jahrhundert lagerten Brauereien ihr Bier in riesigen Eis-kellern 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, son-dern heizt zugleich mit ihm. Das ist dank eines physika-

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

Winterkälte für den Sommer – Sommerwär-me für den WinterWechselt das System im Frühjahr vom winterlichen Heiz- in den sommerlichen Kühlbetrieb, nimmt das un-terirdische Eis im Speicher die überschüssige Wärme des Gebäudes auf und kühlt dieses. Ohne großen energeti-schen Zusatzaufwand kann die im Eis gespeicherte Käl-te also zur Klimatisierung der Gebäude genutzt werden. Gleichzeitig wird die dem Gebäude entzogene Wärme dem unterirdischen Eisspeicher zugeführt, wodurch das

VON HEIKO LÜDEMANN

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 Wasserkollekto-ren, da sie zum Aufheizen weniger Sonneneinstrahlung be-nötigen. Ein Ventilator transportiert die erwärmte Außenluft ins Gebäude, wo sie ein Rohrsystem verteilt. Ein Luftkollektor kann Räume heizen, belüften oder Feuchtigkeit trocknen.

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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 ein-gebautem Wasserspeicher mit einer patentierten Wär-metauscheranordnung, aus Solar- und Luftkollektoren sowie aus einer Steuerungseinheit. Unterstützt wird das Verfahren durch die zusätzliche Nutzung von re-generativen Energien aus Sonne, Luft und erdnahen Bodenschichten. Zusammen mit der Wärmeenergie des Wassers und der Kristallisationsenergie von Eis im unterirdischen Speicher kommen insgesamt fünf rege-nerative Energien zum Einsatz. Das erhöht die Verläss-lichkeit 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 Son-nenbeitrages bei Nacht oder bei wolkenverhangenem Himmel kann auf diese Art und Weise über längere Zeit kompensiert werden.

Das im Bodenseehotel realisierte Klimatisierungskonzept besteht aus einer vierstufi gen, gasbetriebenen Sole/Was-ser-Absorptionswärmepumpenanlage, einem 170 Kubik-meter Eis- und Wasserspeicher, einem Luftabsorber in Flachdachausfü hrung, einem Abgaswärmetauscher zur Einbindung der Abgaswärme in den Sole- bzw. Warm-wasserkreislauf sowie aus einem Wärmetauscher zur Einbindung der Abwärme. Durch die Solar- und Luft-kollektoren wird bei der Beheizung und Warmwasserbe-reitung eine besonders hohe Effi zienz erreicht – selbst ohne direkte Sonneneinstrahlung.

Eiskeller mit gebändigter SprengwirkungWird Wasser zu Eis, dehnt es sich aus. Dieser physi-kalische 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 Ag-gregatzustandes „fl üssig“ (Wasser) in den Aggregat-zustand „fest“ (Eis) entsteht, zu nutzen. Anders als geothermische Anlagen, die durch die Abkühlung oder Vereisung des Erdreichs eine Leistungsminderung er-leiden können, liefert ein Eis-Speicher konstante und berechenbare Ergebnisse.

Zur Errichtung des Eisspeichers wird keine Bohrge-nehmigung benötigt. Da von einem unterirdischen Eis-Speicher kein Risiko für Erdreich oder Grundwasser ausgeht, kann er sogar in Grundwasserschutzgebieten eingesetzt werden. Auch das vereinfacht die Genehmi-gungsverfahren. 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: Wei-tere Hotels – am Bodensee, auf der Insel Langeoog oder in Frankfurt – steigen auf das System um und auch erste Gewerbeparks werden demnächst mit einer zent-ralen Solareis-Anlage ausgerüstet.

Kontakt

Heiko LüdemannGeschäftsführer Isocal GmbH

h.luedemann@isocal.de www.isocal.de

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Der Keller-Gletscher: Wer Eis bunkert, kann die Gesetze der Physik nutzen und damit im Sommer kühlen und im Winter heizen.

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Oktober 2010

D!" B#$U%&!"%!'(!"40 ERNEUERBARE ENERGIEN

Casa Son Vida: Klimadesign und ökologische Nachhaltigkeit sind ein selbstverständlicher Anspruch der zeitgemäßen Architektur.

Langen (Hessen) – Die Cosmo-politan Estates-Gruppe mit Haupt-sitz in Zürich (Schweiz) plant und entwickelt in Europa und Asien Luxusanwesen, Wohnungen und Ferienressorts von herausragender Design-Qualität. In Son Vida auf Mallorca ließ das Unternehmen für zwei Villen ein Energie-Konzept von Immosolar entwickeln.

Zielsetzung: Maximale Nutzung solar erzeugter Energien für die Gebäudeheizung und für den wirt-scha)lichen, hoch e*zienten Betrieb von Wärmepumpen bei minimalen Betriebskosten. Der Clou: Durch das Immosolar-Steuerungskonzept lässt sich das System per PC fernsteuern. Die Fakten: 30m+ Kollektor,äche,

zwei Wärmepumpen (1 x 29kW, 1 x 22kW Heizleistung); Geosolar-thermie: 1.000 m Tiefenbohrungen. In den Häusern sorgt jetzt das Sys-tem von Immosolar dafür, dass das Klima im perfekten Einklang mit Mensch und Umwelt gestaltet wird. Die Niedertemperatur-Heiz,ächen erzeugen ein Wohlfühlklima. Der Einsatz von Solar- und Geothermie schont die Umwelt, die CO2

-Emis-sion wurden um rund 75 Prozent gesenkt. Die Solarkollektoren sind optisch ansprechend in das Gebäu-de integriert, praktisch unsichtbar.

Die Anlage erzeugt eine ange-nehme und gleichmäßige Wärme und Kälte. Es gibt keine Räume mit unterschiedlichen Wärmezo-nen. Ähnlich verhält es sich beim

Kühlen: Bei dem Immosolar-Klima entsteht keine Zuglu) bei der Küh-lung. Die Lu) ist nie zu trocken oder schwül, sondern immer angenehm frisch. Insgesamt wird ein gleich-mäßiges Temperatur- und Klima-Emp-nden erzielt – auf Basis um-weltfreundlicher Technologien, die die Energiekosten senken und sich mittelfristig amortisieren.

Im Vergleich zu einem vergleich-baren herkömmlichen System las-sen sich laut Immosolar mit diesem konzipierten Geosolarthermie-Sys-tem 80 bis 90 Prozent der Energie-kosten einsparen. Durch den paten-tierten IS EnergyController werden bis zu 20 Prozent höhere solare Er-träge erzielt als bei gewöhnlichen Lösungen.

Maximale Nutzung bei minimalen Betriebskosten

Ferngesteuertes Geosolarthermie-System von Immosolar

Berlin/Friedrichshafen – Was ist wirklich neu? Und wie erfolg-reich wird es umgesetzt? Diese Fragen adressierten der Deutsche Industrie- und Handelskammer-tag (DHIK) und das renommierte Wirtscha)smagazin „Impulse“ im Frühjahr diesen Jahres an Techno-logieunternehmen zwischen Flens-burg und Garmisch. Knapp 100 Fir-men aus verschiedenen Branchen waren aufgerufen, sich an diesem anspruchsvollen Wettbewerb rund um innovative Er-ndungen und Patente zu beteiligen. Ende August schließlich standen die Gewinner des Awards „Potenzial Innovation 2010“ fest:

Zu den zehn deutschen Unter-nehmen, die nach Ansicht der Ju-roren demnach nicht nur außerge-wöhnliche Innovationen zu bieten haben, sondern sich damit auch be-reits 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 unter-irdischer Wassertank, der Energie aus Sonnenkra), Lu)temperatur und Erdwärme speichert und über eine Wärmepumpe abgibt. Dabei

Heizen mit EisHandelskammern ehren Er-nder des SolarEis-Speichers mit Innovationspreis

Die isocal HeizKühlsysteme GmbH wurde 2005 von Alexander von Rohr gegründet. Seine Vision, ein umweltfreundliches En-ergiekonzept zu einem attraktiven Preis-Leistungsverhältnis zu entwickeln, wurde mit seiner Er!ndung des SolarEis-Systems Wirklichkeit. Bereits 2006 hatte isocal für das SolarEis-System schon den Innova-tionspreis der deutschen Gaswirtschaft erhalten. isocal ist Marktführer für innova-tive, umweltschonende und hoche"ziente Lösungen von Heiz- und Kühlsystemen auf Basis einer innovativen Speichertech-nologie, die Energie über viele Monate im kostengünstigsten Speichermedium, näm-lich Wasser, konserviert. Infos im Internet unter: www.isocal.de

Ü B E R I S O C A L

Dem Er-nder des SolarEis-Spei-chers und Geschä)sführer von iso-cal, Alexander von Rohr, gelang es, die beim Gefrieren normalerweise erzeugte Sprengkra) des Eises zu bändigen und so die Kristallisati-onswärme für die Gebäudetechnik nutzbar zu machen.

Mit dem SolarEis-Speichersystem können Räume in den Wintermo-naten ungewöhnlich kostengünstig beheizt werden: Eigenheimbesitzer

Der SolarEis-Speicher vor dem Firmengebäude von isocal.

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nutzt der SolarEis-Speicher den physikalischen E.ekt der soge-nannten Kristallisationswärme, der beim Gefrieren von Wasser au)ritt: Bei diesem Prozess wird ebensoviel Energie frei, wie sie auch dann ent-steht, wenn man 80 Grad heißem Wasser die Wärme bis auf Null Grad entzieht.

berichten über Heizkosten von cir-ca. 30 Euro pro Monat – inklusive der Betriebskosten für die Anlage.

Im Sommer wird der SolarEis-Speicher 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 che-mische Mittel ist das System beson-ders umweltfreundlich und gleicht die Schwächen herkömmlicher Wärmepumpen aus: Weder sind Ge-bäudeschäden zu befürchten, wie sie gelegentlich bei Tie/ohrungen für Grundwasser-Wärmepumpen zu be-obachten waren. Noch lässt die Leis-tung an extrem kalten Wintertagen nach, wie dies o) bei einfachen Lu)-Wärmepumpen 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 m0 großen SolarEis-Speicher, um eine konstante Temperatur für die emp--ndlichen Archivalien zu gewähr-leisten. Neben Großprojekten wie Verwaltungsgebäuden oder Gewer-beparks kommt der SolarEis-Spei-cher hauptsächlich in Eigenheimen zum Einsatz.

Der BauunternehmerAusgabe Oktober 2010

www.der-bau-unternehmer.de

MANAGEMENT INNOVATION

Denngutist längst nicht gut genuglNNovATloN DIHK und impulse zeichnen Unternehmn aus, die mit überzeugenden Neuheitenaufzuwarten wissen. Drei Gewinner des Wettbewerbs,,Potenzial Innovation" im PorträtlText Judith-Maria Gillies l

ür die Idee reicht ein Gedankenblitz.Um sie umzusetzen, bedarfes Jahre.Thomas Alva Edison hatte recht, alser feststellte, dass Genie ein Prozent

Inspiration und 99 Prozent Transpiration sind.Erfolg von heute auf morgen - das klappt sogut wie nie. Das zeigen auch die Bewerbungenftir den Wettbewerb ..Potenzial Innovation".

Gemeinsam mit dem Deutschen Industrie-und Handelskammertag (DIHK) hat impulseUnternehmen aufgefordert, Neuheiten zu prä-

sentieren. Die fünf Juroren Nicola Leibinger-Kammüller (Trumpfl, Marion Weissenberger-Eibl (Fraunhofer ISI), Stefanie Heiden (AiF),Hans Heinrich Driftmann (DIHK) und NikolausFörster (impulse) haben zehn Gewinner ausge-wählt. Erbslöh Geisenheim, Engel Dataconcept,Power Plus Communications, Global Office,DTV-Verkehrsconsult, Quint SDI und IBG Tech-nology hat impulse in den beiden vorigen Aus-gaben vorgestellt. Hier die drei ausstehendenGewinner:

Die Hitze, die aus der Kälte kommtis zum Fleizen? Alexander von Rohr weiß.dass die Innovation von Isocal Heizkühl-

systeme paradox klingt; ein Heizsystem, dasEis als Energiequelle nutzt. Aber es ist tatsäch-lich so: Wird Wasser zu Eis, entsteht Energie;und die kann zum Heizen genutzt werden.Rohr vergieicht sein Solareis-System mit denWärmekissen, die man aus dem Skiurlaub alsHandwärmer kennt: ,,Die erhitzen sich, wennman sie bricht, weil dann Wasser zu Eis undjede Menge Wärme frei wird."

Isocal gelingt es, ,,der Physik ein Schnipp-chen zu schlagen", sagt der zweite Geschäfts-

Geblockt I m r z5-Liter-Eisblocksfeckt so viel Energie wie in einemLiter Heizö|. Dre /socalGeschärts-führer Alexander von Rohr (1.) undHeiko Lüdemann können dieseEnergie beliebig oft nutzen, wäh-rend ein Liter Heizöl schnell undu n wi ed e r b ri ngl ich ve r b rau c ht i st

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IMPULSEAusgabe November 2010

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führer Heiko Lüdemann, indem derGefrierprozess umgedreht wird.Statt von oben nach unten und vonaußen nach innen friert das Wasserim Solareis-System genau umge-kehrt. Die Wärme des Sommerswird in riesigen Wassertanks gespei-chert und im Winter so lange zumHeizen entnommen, bis sich dasWasser durch Wärmeentzug wiederzu Eis verwandelt hat. Wird dieserHeizkreislauf unterbrochen, fängtdas System zusätzlich mit Solar- undLuftkollektoren Sonnenenergie ein.

Damit lassen sich bis zu 50 Pro-zent Heizkosten sparen, die COz-Be-lastung ist nahezu nul1. Zudem dientdas Eis im Sommer als kostenloseIüimaanlage.,,Diese Kombinationaus Umweltschonung und Kosten-reduzierung nenne ich zukunfts-weisend", lobt DIHK-Präsident HansHeinrich Driftmann.

Nach ersten Feldversuchen 2008hat Isocal bereits mehr als zehn Al-lagen verkauft. 2011 sollen es mehrals 50 Stück sein und der Breakevenerreicht werden. Mittelfristig peilendie Friedrichshafener bis zu 2000verkaufte Anlagen pro Jahr an. Ausden Startlöchern ist das Unterneh-men längst heraus: Bis Jahresendewerden 14 neue Stellen besetzt sein,weitere sollen folgen.

Zu den bisherigen Kunden zählenmehrere Hotels und Ikankenhäusersowie das Stuttgarter Stadtarchiv.Neuerdings versucht Isocal, auchPrivatleute für seinen Ansatz zu er-wärmen. Ein Wassertank für Ein-familienhäuser fasst zehn Kubikme-ter - so viel wie eine große Regen-wasserzisterne * und kostet um die7500 Euro. Umstände sollen beimEinbau nicht entstehen, versichertRohr. ,,Der Speicher wird per Lkwgebracht, eingegraben und fenig."Ein Vertrag mit einem Feniggara-genhersteller ist unterzeichnet, derdie Solareis-Tanks im Doppelpackmit seinen Garagen einbaut.

Rund 350 000 Wärmepumpen wurden bis-her in Deutschland installiert – ein Boom, der kaum zu stoppen ist. Und tatsäch- lich spricht viel für diesen vielleicht wich-tigsten Trend in der Gebäudetechnik: Herkömmliche Wärmepumpen beziehen ihre Heizenergie nicht aus fossilen Rohstof-fen, sondern entweder aus der natürlichen Erd-, Grundwasser- oder Lufttemperatur.

Diese meist relativ kühlen Temperatur-quellen werden in einer Art „umgekehrtem Kühlschranke!ekt“ in Wärme umgewan-delt – 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 Luftwärme-pumpe.

Jedes dieser Konzepte ermöglicht grund-sätzlich eine umweltfreundliche und spar-same Versorgung mit Heizenergie und warmem Wasser. Die Krux: Nicht jede Wär-mepumpe ist auch für jedes Gebäude geeig-net – und keines der genannten herkömm-lichen Verfahren ist bisher wirklich ausge-reift:• Für eine Erdwärmepumpe ist zunächst

eine ausreichende Gartenfläche erforder-lich, 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 Genehmigungsver-fahren durch die örtliche Wasserbehör-de Pflicht. Die Bohrungen sind zudem teuer und mit gewissen Risiken für die Bausubstanz der umliegenden Gebäu-de verbunden. So zeigten sich etwa im Schwarzwaldstädtchen Staufen nach um-fangreichen Erdwärmebohrungen Risse an 256 Häusern – ein Schaden von mehr als 40 Mio. Euro.

• Völlig „ungefährlich“ sind dagegen Luft-wärmepumpen – allerdings erreichen sie

Beim Heizen und Kühlen von Wohnhäusern oder Gewerbeflächen sind sie extrem zuverlässig, höchst e!zient 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 Wärme-pumpen. Das Ziel: Energiekosten drastisch senken und mithilfe der fünf Elemente Sonne, Luft, Erde, Wasser und Eis auf niedrigem Niveau einfrieren.

Energiekosten einfach einfrieren „SolarEis“-Speichersysteme bieten vielfältige Vorteile

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

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

ENERGIEEFFIZIENZSysteme

64 IKZ-ENERGY 6/2010

IKZ EnergyAusgabe Juni 2010

www.ikz-energy.de

nicht immer die erforderliche Vorlauftem-peratur und müssen daher nicht selten durch klassische Öl- oder Gasheizbren-ner unterstützt werden.

Der entscheidende Nachteil aller drei ge-nannten Wärmepumpen-Systeme ist jedoch ihre Abhängigkeit von natürlichen Stand-ort- und Klimabedingungen, die sich oft nur schwer vorhersehen und steuern las-sen. Um diese Schwächen zu umgehen, set-zen zahlreiche Eigenheimbesitzer, Unter-nehmen und ö!entliche Einrichtungen bei Neubauten und Modernisierungen neuer-dings auf ein sogenanntes „SolarEis“-Spei-chersystem.

SONNE, LUFT, ERDE, WASSER UND EISDas Grundprinzip: Anstatt sich nur auf eine natürliche Energiequelle zu verlassen, wer-den hierbei gleich mehrere „Naturgewalten“ gleichzeitig genutzt: Sonne, Luft, Erde, Was-ser – und Eis.

Erfinder dieser „optimalen Wärmepumpe“ ist der Friedrichshafener Ingenieur Alexan-der von Rohr, der zusammen mit Heiko Lü-demann eine eigens für das Projekt gegrün-dete Manufaktur am Bodensee betreibt – die Isocal Heizkühlsysteme GmbH.

Das hier gefertigte „SolarEis“-System wurde bereits 2006 mit dem „Innovations-

preis der deutschen Gaswirtschaft“ ausge-zeichnet und besteht aus mehreren Kom-ponenten:• Das zentrale Element ist der Eisspeicher.

Dabei handelt es sich um einen isolier-ten Wassertank, der in einer Tiefe von etwa vier Metern in den Erdboden einge-lassen wird. Bei Wohnhäusern geschieht dies meist unter der Garage. Das Fas-sungsvermögen reicht dabei von etwa 10 – 15 m" für Einfamilienhäuser und bis zu 1000 m3 bei Gewerbegebäuden. Ein-mal im Erdboden versenkt, nimmt das Wasser dort zunächst die natürliche Erd-wärme der Bodenschichten auf und macht sich diese für die spätere Energiegewin-nung zunutze.

• Zugleich werden die Temperaturbedin-gungen im Tank durch einen übererdi-gen Kollektor beeinflusst, der – meist auf dem Hausdach montiert – seine Energie sowohl aus der vorhandenen Lufttempera-tur als auch aus der Sonnenkraft bezieht. Dieser „SolarLuft“-Kollektor speichert die Wärme selbst noch bei Dunkelheit oder Regen und lagert sie über ein entspre-chendes Leitungssystem im „SolarEis“-Speicher ein. Im Sommer wird die Solar-wärme genutzt, um das Brauchwasser zu erwärmen – im Winter bietet der Kollek-tor eine kräftige Heizunterstützung.

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

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Isocal Heizkühlsysteme GmbH88046 FriedrichshafenTel. 07541 207240Fax 07541 207244info@isocal.dewww.isocal.de

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 soge-nannte Kristallisationswärme. Diese frei-gesetzte Wärmemenge entspricht derselben Energiemenge, die man gewinnt, wenn man Wasser von 80 °C auf 0 °C herabkühlt. Das Problem: Bisher konnte dieser E!ekt 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 wer-den. Dabei wird der Gefrierpunkt über Mo-nate hinweg immer wieder eingeleitet, ge-stoppt und aufs Neue gestartet. Und immer wieder aufs Neue wird eine enorme Menge an Kristallisationswärme freigesetzt. Alex-ander von Rohr: „Dieses physikalische Phä-nomen kommt der extrem hohen E"zienz der Anlage im Betrieb über den gesamten Jahreszyklus hinweg zugute.“

Mit dem „SolarEis“-System kann man je-doch nicht nur im Winter heizen, sondern

im Sommer auch die gespeicherte Kälte zum aktiven Kühlen von Wohn- und Arbeitsräu-men verwenden. Der „SolarEis“-Speicher wird damit zur nahezu kostenneutralen und umweltschonenden Klimaanlage. Es ist le-diglich eine kleine Umwälzpumpe nötig, die den Kaltwasserkreislauf zwischen Gebäude und Eisspeicher aufrecht erhält.

POSITIV FÜR PV!ANLAGENBesitzer von Photovoltaik-Anlagen können sich zudem über einen äußerst gewinnbrin-genden Nebene!ekt freuen: Denn die Küh-lung aus dem Eisspeicher kann ohne gro-ßen Aufwand an besonders heißen Sommer-tagen 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 ent-sprechender Auslegung sowohl den Wär-me- als auch den Kältebedarf von Gebäu-den aller Größenordnungen hundertprozen-tig und ganzjährig ab – vom Eigenheim bis zum Bürokomplex.

Zu den Nutzern gehören nicht nur im-mer mehr „Häuslebauer“ zwischen Flens-burg und Garmisch, sondern etwa auch ein Luxushotel in Konstanz (mit einem „Solar-Eis“-Speicher von 170 m3) oder ein Verwal-tungsgebäude in Düsseldorf (mit 800 m3 Speichervolumen). Auch das in einem Was-serschutzgebiet gelegene Stuttgarter Stadt-archiv setzt auf die Innovation aus Fried-richshafen: In dem Archiv kommen ein 385 m3 großer Eisspeicher und eine Wär-mepumpe mit einer Leistung von 160 kW zum Einsatz, sorgen für ein angenehmes Ar-beitsklima und schützen die empfindlichen Archivalien vor Überwärmung oder schäd-lichen Kälteeinflüssen.

Bilder: Isocal

• Nun kommt die Wärmepumpe ins Spiel: Sie versorgt das Gebäude mit der nötigen Raumwärme, die zuvor durch Sonnen- energie, Lufttemperatur oder Erdwär-me im „SolarEis“-Speicher erzeugt wur-de. Dabei kommt eine spezielle „Gas-Ab-sorptions“-Wärmepumpe mit einer Leis-tung 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 Warmwas-serspeicher im Gebäude installiert. Die-ser speist sich zunächst aus der Sonnen-wärme, die der „SolarLuft“-Kollektor er-zeugt. Scheint die Sonne nicht, springt die Wärmepumpe automatisch auf die Versor-gung mit Wärmeenergie aus dem „Solar-Eis“-Speicher um.

• Ein speziell für dieses komplexe System entwickelter Regler kontrolliert die ein-zelnen Komponenten: der „SolarEis“-Ma-nager. Damit legen die Bewohner bei-spielsweise fest, ob die Wärme des über-irdischen „SolarLuft“-Kollektors sofort für Warmwasser verwendet oder aber zu-nächst im unterirdischen „SolarEis“-Spei-cher eingelagert werden soll.

PHYSIKALISCHES PHÄNOMENErfinder Alexander von Rohr: „Einen Eiskel-ler zu Hause im Garten zu haben, wie die Generation unserer Großeltern das kannte,

Ein „SolarEis“-Speicher wird eingebaut.

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trieben werden. „Das alles macht sie so attraktiv und zum idealen Partner der erneuerbaren Energie.“ Im Unterschied zu anderen Energieträgern ist mit Erdgas eine Dezentralisierung der Stromerzeugung möglich.

Vom Verbraucher zum Produzenten

Hohes Potenzial für dezentrale Stromerzeugung sieht Kö-nig 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 aus-schließlich zur Wärmeerzeugung. „Das kann sich ändern. Mit kleinen Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK) und in ihrer Verbindung mit der Solarnutzung werden Verbraucher künftig

zu Anbietern ihres eigenen grünen Stroms.“ Mikro-KWK-An-lagen erzeugen im Gegensatz zu den herkömmlichen Heizan-lagen neben der Wärme auch gleichzeitig Strom. „Wenn wir die von der Regierung anvisierten Klimaschutzziele erreichen wollen, muss die Energienutzung effizienter gestalten wer-den“, sagte König: „Und gerade im Privatbereich sehen wir durch die Anwendung neuer Gastechnologien wie der Mikro-KWK-Anlage gute Möglichkeiten, die Energieeffizienz deutlich zu steigern.“ Mikro-KWKGeräte erreichen Wirkungsgrade bis zu 90 %, indem sie die Wärme verwerten, die bei Stromerzeu-gung in Kraftwerken in der Regel ungenutzt entweicht. „Sol-che Geräte stärken zusätzlich den Stellenwert von Erdgas in der Energieversorgung von Haushalten“, ist sich König sicher. Die WINGAS kooperiert bei Praxistests von Mikro-KWK-Anla-gen mit mehren Stadtwerken im gesamten Bundesgebiet.

Erfrischung für den kommunalen HaushaltMit innovativen Heiz- und Kühlsystemen können öffentliche Gebäude auf niedrigem Kostenniveau betrieben werden

Von Uwe Herzog, Fachjournalist für Architektur, Technik und Design

Eine Erfindung aus Friedrichshafen schickt sich derzeit an, die Gebäudetechnik zu revolutionieren und hält Einzug in

Speicher. Neben klassischen regenerativen Energiequellen kann damit auch die Abluft aus Abwasserkanälen für das Heizen genutzt werden. Mit dem mehrfach ausgezeichneten Eisspeicher-System lassen sich Gebäude außerdem nahezu

rücken nun auch vielerorts längst aufgegebene Bauvorhaben wieder in greifbare Nähe.

Engelbert Rummel gilt als äußerst erfahren, besonnen und optimistisch. Und doch erinnert der langjährige Leiter des Kölner Amts für Gebäudewirtschaft außenstehende Beo-bachter manchmal an eine Art „Drachentöter“, dem ange-sichts seiner fast unlösbaren Aufgabe eigentlich der Schweiß sichtbar auf der Stirn stehen müsste. Rummels Job: Energie-sparen – wann und wo immer es nur geht. Rund 30 Mio. Euro verschlingt die Versorgung von öffentlichen Einrichtungen in der Rheinmetropole mit Heizung, Strom und Wasser. Jahr für Jahr. Und das, obwohl Engelbert Rummel und seine Teams alles Menschenmögliche tun, um den Verbrauch zu senken: Da wurden Gebäudehüllen gedämmt, Energieleitlinien aus-

gearbeitet, zusätzliche Stellen für Energieprüfer vor Ort ge-schaffen, Einsparpotenziale aufgespürt und die Nutzer der städtischen Gebäude für einen möglichst sparsamen Um-gang mit den Ressourcen gecoacht.

All diese Bemühungen trugen zunächst sogar reichlich Früch-te: Innerhalb nur eines Jahres konnte etwa 2007 der Heize-nergieverbrauch der städtischen Einrichtungen um immerhin sieben Prozent gesenkt werden. Und doch: Der „Drache En-ergiebedarf“ ließ sich nicht wirklich bändigen, denn im sel-ben Zeitraum stiegen die Energiepreise um fast den gleichen Prozentsatz. Fast jeder Cent, der an Energie eingespart wer-den konnte, wurde durch die galoppierenden Kosten wieder eingeholt. Unter dem Strich schlug der Energieverbrauch für 2007 im Vergleich zum Vorjahr schließlich 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 Kämpfe.

So wie Köln ergeht es vielen Städten und Gemeinden im Land. Und längst sind nicht allein die Investitionskosten bei notwendigen Sanierungs- oder Neubauvorhaben ausschlag-gebend, sondern vor allem auch die danach zu erwartenden Betriebskosten. So manche marode Turnhalle, mancher drin-gend benötigte Schulneubau, manche Kulturstätte oder Frei-zeiteinrichtung liegt schon allein deshalb brach, weil die Aus-sicht auf eine dauerhafte Belastung durch ständig steigende Energiekosten bereits den Gedanken daran lähmt.

Doch es geht auch anders – und zwar mithilfe neuer um-weltfreundlicher und zugleich extrem ressourcensparender Technologien für das Beheizen – und auch das Kühlen – von Gebäuden. Die Rede ist vom sogenannten „SolarEis“-Spei-chersystem, eine Erfindung des deutschen Ingenieurs Ale-xander von Rohr.

Das Grundprinzip: Anstatt sich nur auf eine natürliche Ener-giequelle zu verlassen, werden hierbei gleich mehrere „Na-turgewalten“ gleichzeitig genutzt: Sonne, Luft, Erde, Wasser – und Eis. Gefertigt wird diese „optimale Wärmepumpe“ in einer Manufaktur am Bodensee, die aus einem einfachen Handwerksbetrieb hervorgegangen ist: der „Isocal Heizkühl-systeme GmbH“ in Friedrichshafen. Das „SolarEis“-System

KommunalwirtschaftAusgabe Okt./Nov. 2010

www.kommunalverlag.de

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wurde bereits 2006 mit dem „Innovationspreis der deutschen Gaswirtschaft“ und im August 2010 mit dem Innovationspreis des „Deutschen Industrie- und Handelskammertages“ aus-gezeichnet. Derzeit läuft die Bewerbung um den Innovations-preis des Landes Baden-Württemberg. Das System besteht aus mehreren Komponenten:

es sich um einen Wassertank, der in einer Tiefe von etwa drei bis vier Metern in den Erdboden eingelassen wird. Das Fassungsvermögen reicht dabei von etwa 10 bis 15 Kubik-metern für kleinere Einheiten und bis zu tausend bei Groß-projekten. Einmal im Erdboden versenkt, nimmt das Wasser dort zunächst die natürliche Erdwärme der Bodenschichten auf und macht sich diese für die spätere Energiegewinnung zunutze.

Dach montiert – seine Energie sowohl aus der vorhandenen Lufttemperatur als auch aus der Sonnenkraft bezieht. Die-ser „SolarLuft“-Kollektor speichert die Wärme selbst noch bei Dunkelheit und Regen und lagert sie über ein entspre-

Sommer wird die Solarwärme genutzt, um das Brauchwas-ser zu erwärmen – im Winter bietet der Kollektor eine kräf-tige Heizunterstützung.

Gebäude mit der nötigen Raumwärme, die zuvor durch Son-nenenergie, Lufttemperatur oder Erdwärme im „SolarEis“-Speicher „eingelagert“ wurde. Dabei kommt eine Wärme-pumpe zum Einsatz, die entweder elektrisch oder von einem Gasbrenner (zum Beispiel mit Biogas) angetrieben wird.

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ser zur Verfügung zu stellen, wird zusätzlich ein Warmwas-serspeicher im Gebäude installiert. Dieser speist sich zu-nächst 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.

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Manager. Damit legen die Nutzer beispielsweise fest, ob die Wärme des überirdischen „SolarLuft“-Kollektors sofort für Warmwasser verwendet oder aber zunächst im unterir-dischen „SolarEis“-Speicher eingelagert werden soll.

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Doch woher stammt die enorme Energiemenge, die ein sol-cher „SolarEis“-Speicher erzeugt? Erfinder Alexander von Rohr: „Das Geheimnis beruht auf einem einfachen physika-lischen Prinzip: Wenn Wasser zu Eis gefriert, entsteht die so-genannte Kristallisationswärme. Diese freigesetzte Wärme-menge 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.“ Anders nun mit dem „SolarEis“-System, das durch seine neuartige Technologie die Sprengwirkung des Eises zuverlässig verhindert, indem das Eis dabei nicht – wie üblich – von außen nach innen ge-friert, sondern von innen nach außen.

Der Clou: Der Kristallisationsprozess kann nun nicht nur hun-dertprozentig beherrscht, sondern auch gezielt gesteuert – und vor allem – fast beliebig hinausgezögert werden. Dabei wird der Gefrierpunkt über Monate hinweg immer wieder ein-geleitet, gestoppt und aufs Neue gestartet. Und immer wieder aufs Neue wird eine enorme Menge an Kristallisationswärme freigesetzt. Alexander von Rohr: „Dieses physikalische Phä-nomen kommt der extrem hohen Effizienz der Anlage im Be-trieb 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 selbst großer Raumflächen ver-wenden. Der „SolarEis“-Speicher wird damit zur nahezu ko-stenneutralen und umweltschonenden Klimaanlage. Zudem können sich Investoren von Photovoltaik-Anlagen, wie sie zu-nehmend auch auf öffentlichen Gebäuden montiert werden, 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 Überhit-zung von PV-Anlagen einsetzenden Energieverluste ausglei-chen – die „SolarEis“-Kühlung bringt hier in der Praxis zwi-schen 25 und 30 Prozent Effizienzgewinn.

Das Ganze ist trotz seiner zahlreichen physikalischen und technischen Finessen nicht nur äußerst flexibel, sondern auch erstaunlich leicht zu installieren und lässt sich eben-so leicht steuern. Bei entsprechender Auslegung deckt das „SolarEis“-System sowohl den Wärme- als auch den Kältebe-darf von Gebäuden aller Größenordnungen hundertprozentig und ganzjährig ab – vom Eigenheim bis zum Verwaltungs-komplex. Es kann aber auch als zusätzliche Anlage andere

Gewerke sinnvoll unterstützen. Zu den Anwendern gehören nicht nur immer mehr „Häuslebauer“ zwischen Flensburg und Garmisch, sondern auch viele Gewerbegebäude und große kommunale Einrichtungen. Jüngstes Beispiel: das Stuttgarter Stadtarchiv.

Derzeit läuft der Umzug von Verwaltung und Archivalien aus den zuletzt recht beengten und auf vier Standorte verteilten Räumen in der Stuttgarter Innenstadt. Neues Domizil: ein komplett saniertes früheres Lagerhausensemble im nahe gelegenen Bad Cannstatt mit einer Bruttogesamtfläche von 11.000 Quadratmetern. Dort kommen künftig ein 400 Kubik-meter großer Eisspeicher und eine Wärmepumpe mit einer Leistung von 140 kW zum Einsatz.

Der zuständige Sachgebietsleiter für Stadtsanierungsmaß-nahmen und Bauherrenvertreter der Stadt Stuttgart, Matthias Bertram, erläutert die hohen Anforderungen des Projekts an die Energieversorgung: „Die Stadt Stuttgart hat sich in einem eigenen Energieerlass verpflichtet, auf Grundstücken, die selbst bebaut oder an Dritte verkauft werden, nur noch Be-bauungen nach dem KfW-70-Standard zuzulassen. Dieses Ziel kann zwar bei denkmalgeschützten Bestandsbauten kaum erreicht werden, aber dennoch versuchen wir zusam-men mit dem Amt für Umweltschutz auch bei Sanierungen stets ein Optimum an Energieeffizienz und Umweltverträg-lichkeit zu erzielen.“ Dabei gehen die Stuttgarter Städteplaner weit über die Vorgaben der geltenden Energieeinsparverord-nung (EnEV 2009) hinaus.

Matthias Bertram: „Wir haben zunächst einmal alle Mög-lichkeiten ausgelotet, die technisch bei so einem teilweise denkmalgeschützten Altbau überhaupt in Frage kommen. Die Gebäudeteile liegen mitten in einem Quellschutzgebiet, wir haben hier nach Budapest die größten Heilquellen Eu-ropas. Damit hat zuallererst einmal der Grundwasserschutz Priorität,“ so der oberste Stuttgarter Stadtsanierer. Ab drei Metern Tiefe beginnt vor Ort bereits der Grundwasserspiegel – Tiefbohrungen, etwa für geothermische Sonden, scheiden dadurch von vorneherein aus.

„Auch für erdnahe Flachkollektoren fehlen die Flächen, da das Grundstück nahezu vollständig versiegelt ist,“ so Bertram weiter, „und auch die Nutzung von Industrieabwärme kommt nicht in Frage, weil sich keine entsprechenden Industriebe-triebe in ausreichender Nähe befinden. Schließlich konnten wir zwar immerhin eine Dachfläche für eine Photovoltaikanla-ge nutzen, aber für weitere Module oder gar für Warmwasser-Solarkollektoren fehlte schließlich der Platz, weil das Haupt-gebäude aufgrund der Denkmalschutzvorschriften dafür nicht

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genutzt werden kann und die restlichen Dachflächen bereits belegt waren.“ Was also tun?

Die besondere Krux bei diesem Sanierungsprojekt lag schließ-lich in ihrem speziellen Nutzungszweck als historisches Ar-chiv: „Wir brauchen hier in den Magazinen eine Heizung und Kühlung, die nicht nur besonders fein abstimmbar ist, son-dern auch ohne wasserführende Leitungen auskommt. Die teilweise sehr empfindlichen alten Dokumente und Gemälde haben einen unschätzbaren Wert, auch das Stadtmuseum nutzt künftig einen Teil des Magazins. Deshalb haben wir uns an die europäischen Normen für die Lagerung von Archiva-lien zu halten. Das bedeutet: Wir brauchen ganzjährig eine konstante Temperatur von 18 Grad Celsius mit höchstens 0,5 Grad Celsius Abweichung. Die relative Luftfeuchtigkeit muss dabei stets 50 Prozent betragen – plus/minus zwei Prozent,“ so Bertram.

Damit lagen die technischen Hürden für eine effiziente und zugleich wirtschaftliche Energieversorgung des neuen Stuttgarter Stadtarchivs ungewöhnlich hoch, als die Planer schließlich drei Kombinationen für eine mögliche Lösung in die engere Wahl fassten:1. eine herkömmliche Gasbrennwertheizung in Verbindung

mit einer konventionellen Klimaanlage2. eine Holzpellet-Heizung plus konventioneller Klimaanlage

Eisspeicher-System inklusive Absorptions-Wärmepumpe (teilweise unterstützt durch eine konventionelle Klimaanla-ge)

Schließlich wurden diese drei Varianten eingehend unter Um-welt- und unter Wirtschaftlichkeitsaspekten geprüft. Dabei kamen die beteiligten Ämter für „Stadtplanung und Stad-

terneuerung“, „Liegenschaften und Wohnen“ sowie „Um-weltschutz“ zusammen mit der Leitung von Stadtarchiv und Stadtmuseum zu folgendem Ergebnis:

Im Vergleich mit einer konventionellen Gasheizung können unter Verwendung eines Eisspeicher-Systems beim Stutt-garter Stadtarchiv zunächst jährlich mehr als 55 Tonnen an schädlichen CO2-Treibhausgasen eingespart werden – auf zwanzig Jahre gerechnet werden dadurch immerhin 1.100 Tonnen CO2 vermieden. Selbst eine Pellets-Anlage brächte demnach, je nach Betrachtungsweise, weit schlechtere Um-weltergebnisse. Matthias Bertram: „Zwar gelten Pellets als klimaneutral, solange dafür ausschließlich recycelte Holzab-fälle verwendet werden. Aber wenn man den tatsächlichen CO2-Ausstoß betrachtet, der bei der Verbrennung entsteht, wäre dies bei unseren Vergleichen sogar die schlechteste Lö-sung gewesen.“

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Doch auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten konnte die Eisspeicher-Variante punkten: „Unter den drei Aspekten Energiekosten, Investitionskosten und Wartungskosten bietet das Eisspeichersystem die günstigste Lösung,“ so Bertram. Bei den reinen Verbrauchskosten liegt der Eisspeicher da-nach mit 55.000 Euro jährlich rund 30 Prozent unter den Ver-brauchskosten einer konventionellen Lösung, die etwa 78.000 Euro pro Jahr betragen hätten. „Zwar liegen die Mehrkosten bei der Planung und beim Bau unserer Eisspeicherlösung bei rund 400.000 Euro – aber auf 20 Jahre gerechnet, lassen sich beim Verbrauch mit Hilfe des Eisspeichers locker weit mehr als diese 400.000 Euro einsparen,“ ist Matthias Bertram über-zeugt. Das gelte besonders dann, wenn die Preise für Gas und Öl noch mehr in die Höhe klettern.

Ein weiteres Plus: Der Eisspeicher benötigt keine oberir-dischen Flächen, sondern „verschwindet“ unsichtbar unter der Erde – in diesem Fall unter dem Parkplatz der Archivge-bäude.

Doch die Entscheidung für den Eisspeicher, der vor allem auch auf Initiative des Generalplanungsbüros „agn“ aus Ib-benbüren realisiert wurde, hatte noch einen anderen triftigen Grund. Matthias Bertram: „Besonders im Frühjahr und im Herbst schwanken die Außentemperaturen beträchtlich, so dass man oft nachts heizen muss, aber tagsüber die Kühlung benötigt wird. Wenn man diese Temperaturschwankungen mit einer konventionellen Anlage bewältigen will, verursacht dies einen enormen Energieverbrauch. Anders beim Eisspei-cher: Die Kälte, die beim nächtlichen Heizen als eine Art Ab-fallprodukt anfällt und im Eisspeicher zwischengelagert wird, kann tagsüber problemlos für die Kühlung abgerufen werden. Diese Energie geht also nicht verloren, sondern kann selbst innerhalb von 24 Stunden sinnvoll genutzt werden“.

Derweil läuft der Probebetrieb der Bad Cannstatter Anlage bereits seit Anfang Oktober – störungsfrei. Und schon bald könnte die neue Technologie in ähnlichen öffentlichen Einrich-tungen „wie etwa Bibliotheken, Stadthallen, Kongresszentren oder Kliniken zur Anwendung kommen,“ ist Heiko Lüdemann überzeugt, der gemeinsam mit Alexander von Rohr die Ge-schäftsführung der Firma „Isocal HeizKühlsysteme“ in Fried-richshafen innehat: „Dabei kann, wie im Fall des Stuttgarter Stadtarchivs einerseits flexibel auf einzelne Elemente wie zum Beispiel Solarkollektoren verzichtet werden – anderer-

seits ist es aber auch möglich, verschiedenste Energiequellen zu nutzen, die ohnehin vorhanden sind.“ Dazu zählen neben Sonne, Luft und Erdwärme etwa auch Wärmeenergie, die bei Industrieprozessen (vor allem in der Automobilindustrie) entsteht – oder die Warmluft aus Abwasserkanälen. Heiko Lüdemann: „Das ist sicher für viele Kommunen interessant, denn hier verpufft eine Menge bisher ungenutzter Energie, die ja zunächst mal nichts kostet.“ Bislang war die Nutzung von Kanalluft dennoch selten ein Thema, wenn es um die Er-schließung kostengünstiger Energiequellen ging. Der Grund: Herkömmliche Systeme sind kaum in der Lage, die eher nied-rigen Temperaturen im Kanalnetz in Heizenergie zu verwan-deln. „Gerade hier liegen die Stärken des Eisspeichers, denn das System funktioniert auch mit moderaten Temperaturen,“ so Heiko Lüdemann.

Auch Dr. Sylvia Schädlich, Leiterin des Instituts für Energie-, Kälte- und Klimatechnik (InEKK) im westfälischen Gladbeck, sieht in dem „SolarEis“-Speicher deutliche Vorteile gegenü-ber vergleichbaren Heizsystemen wie etwa geothermischen Wärmepumpen, die ihre Energie aus tief gelegenem Grund-wasser beziehen: „Die Technologie des Eisspeichers ist er-probt und daher auch viel einfacher und unbedenklicher ein-setzbar als etwa Geothermie,“ so Sylvia Schädlich.

Tatsächlich ist – anders als beim „SolarEis“-Speicher – bei der Nutzung des Grundwassers für die Erzeugung von Heize-nergie stets ein aufwendiges Genehmigungsverfahren durch die örtliche Wasserbehörde Pflicht. Die Bohrungen sind zu-dem teuer und mit gewissen Risiken für die Bausubstanz der umliegenden Gebäude verbunden. So zeigten sich etwa im Schwarzwaldstädtchen Staufen nach umfangreichen Erd-wärmebohrungen Risse an 256 Häusern – ein Schaden von mehr als 40 Millionen Euro. Aber auch andere herkömmliche Wärmepumpen haben im Vergleich deutliche Nachteile: Für eine Erdwärmepumpe ist zum Beispiel eine ausreichende Bodenfläche erforderlich. Spätere Schäden an den Rohrleitungen – etwa durch starken Wurzelwuchs von Bäumen und Sträuchern – sind dabei nicht ausgeschlossen. Luftwärmepumpen wiederum erreichen nicht immer die erforderliche Vorlauftemperatur und müssen daher nicht selten durch klassische Öl- und Gasheizbrenner unterstützt werden. Den ganz großen Vorteil des „SolarEis“-Systems sieht Dr. Sylvia Schädlich jedoch ähnlich wie viele Anwender „in der Kombination mit der Nutzung kostenloser Kälte im Sommer.“

In Kürze läuft ein mehrjähriges Forschungsprogramm aus, das Dr.Sylvia Schädlich leitet: Als Untersuchungsobjekt für die auf 30 Monate angelegte Feldstudie dient ihrem Team dabei ein 4-Sterne-Hotel am Bodensee. Der Heiz- und Kühl-bedarf der 55 Zimmer, drei Konferenzräume, einer Bar, zwei Restaurants, zwei Küchen und eines Wellnessbereichs mit Swimmingpool wird vollständig durch einen „SolarEis“-Spei-cher der Firma „Isocal“ abgedeckt – insgesamt 500 Kilowatt. In einer ersten Zwischenbilanz stellte das Team um Dr. Syl-via Schädlich dabei eine erstaunliche Energieeffizienz des „SolarEis“-Speichersystems fest: „Durch die Kombination aus Gas-Absorptionswärmepumpe und saisonalem Eisspei-cher kann aufgrund der gleichzeitigen Nutzung von Wärme und Kälte eine Gesamteffizienz von über 200 Prozent, bezo-gen auf die eingesetzte Primärenergie, erreicht werden,“ so das InEKK in einer Stellungnahme.

Ein weiteres unabhängiges Institut bescheinigte dem „SolarEis“-Speicher unterdessen ebenfalls einen besonders hohen Wirkungsgrad: Demnach liegt die am kompletten Sy-stem ermittelte Jahresarbeitszahl – mit Unterstützung der

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angeschlossenen Solaranlage – mit einem Wert von 5,46 deutlich über der Effizienz einer herkömmlichen Erdsonden-Wärmepumpe. Errechnet wurde dieser bislang unerreichte Wert analog zur Richtlinie 4650 des Vereins Deutscher Inge-nieure (VDI).

Schon sind auch private Investoren hellhörig geworden – etwa die auf kommunale Freizeitanlagen wie zum Beispiel Hallen-bäder spezialisierte Firma „s.a.b.“: „Bei einem Hallenbad benötigen wir im Durchschnitt etwa 800 Megawattstunden Wärme pro Jahr,“ so „s.a.b.“-Geschäftsführer Wolfram Wä-scher, “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 Hallen-bädern 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 sub-tropischen 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-

samt 100 Millionen Euro aufgebracht, um Winterberg als touri-stischen Anziehungspunkt voranzubringen,“ so Wolfram Wä-scher. 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 En-gagement der bundesweit agierenden Firma „s.a.b.“ müssten nicht nur Städte wie Siegburg auf solch attraktive Freizeitma-gnete wie das dortige „Oktopus“-Bad verzichten. Mehr noch: Die „s.a.b.“ entwickelt ihre vielerorts erfolgreichen Konzepte für eine Realisierung kommunaler Einrichtungen durch Pri-vatinvestoren laufend weiter. Wolfram Wäscher: „Dabei spie-len natürlich auch die Betriebskosten und der Umweltschutz eine wichtige Rolle, das sind wir unseren Kunden in den Rat-häusern 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 Ein-sparungen 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 Gebäudewirtschaftslei-ter Engelbert Rummel in einem solchen Eisspeicher einge-fangen werden kann.

www.isocal.de.

Während bereits seit dem Jahre 2004 grö-ßere Gebäude mit der „SolarEis-Speicher“-Technologie ausgestattet wurden, kann das System inzwischen auch für das Ein-familienhaus als Serienprodukt eingesetzt werden. Das Ziel, das der Entwicklungsin-genieur Alexander von Rohr (Isocal Heiz-Kühlsysteme GmbH) von Anfang an vor Au-gen hatte, war die Nutzung beider Energie-ströme 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 Gebäu-de kühlt, wird die Wärme meist an die Um-gebungsluft abgegeben, also unbrauchbar gemacht. Zudem ist hierfür auch noch der Einsatz von Energie notwendig. Anders je-doch beim „SolarEis-Speicher-System“.

„Bausteine“ des Systems SolarEis.

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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 wei-tere 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 Gesamte"zienz mit niedrigen Energiekosten und Schadsto#emissionen erreicht.

Heizen mit EisLangzeitspeicher mit Latentwärmenutzung auf Wasserbasis bietet Energiequelle für Heiz- und Kühlfunktion

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

IKZ HaustechnikAusgabe 22/2010

www.ikz.de

fügbare, Energieformen zuzugreifen. Dabei handelt es sich um die:•! Wärmeenergie der Sonne,•! Wärmeenergie der Luft,•! Wärmeenergie der erdnahen Boden-

schichten,•! 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

„SOLAREIS!SPEICHER“Der mit Wasser gefüllte Niedertemperatur-Langzeitspeicher mit Latentwärmenutzung, speichert die jeweils nicht benötigte Ener-gieform. Die überschüssige Wärme des Som-mers wird bis in den Winter gespeichert, während die nicht benötigte Kälte aus dem Winter in den nächsten Sommer mitgenom-men werden kann. Damit sich über das ge-samte Jahr eine möglichst ausgewogene Energiebilanz einstellt, ist es nötig, auf un-terschiedliche, zu verschiedenen Zeiten ver-

22/2010"IKZ-HAUSTECHNIK

HEIZUNGSTECHNIKWärmepumpen- /„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 Begri!-lichkeit „Heizen mit Eis“ ist aus physika-lischer Sicht nicht ganz richtig. Die Idee dazu kam auch nicht von uns, sondern von unseren Kunden. Diese hatten ver-sucht, eine einfache Erklärung für die Funktionalität des Systems zu finden. So-larEis vereint die saisonale Speicherung und Nutzung von Sonnenenergie mit der Nutzung der Latentwärme vom Phasen-wechsel von Wasser zu Eis.IKZ-HAUSTECHNIK: Welche Erfahrung konnten Sie aus den bisherigen Einsät-zen des Systems gewinnen? Und kann der Speicher bereits auch für kleinere Objekte bezogen werden?von Rohr: Mit dem Bau eines Prototypen im Jahr 2004 und der Auswertung der Ergebnisse in den folgenden Heiz- und Kühlperi-oden wurde im Jahr 2006 das erste Hotel realisiert, dessen Energiekonzept komplett auf SolarEis aufbaut. Darauf folgten diverse Büro- und Gewerbeimmobilien – alle mit Spei-chervolumina von mehreren Hundert Tonnen Eis. Die so erlangten Erkenntnisse und Er-gebnisse führten zur Entwicklung des „kleinen“ „SolarEis“-Systems, wie es für Wohnim-mobilien 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 flä-chendeckenden 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 Heizungsbau-betrieb 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 (Ver-teiler) aufhört, ist SolarEis ein Produkt, das komplett zum Leistungsumfang des Installa-tionsbetriebes gehören kann. Somit bekommt dieser ein innovatives Unterscheidungs-merkmal zum Mitbewerber.Der Endkunde bekommt ein kalkulierbares System. Der Heizungsbauer kann eine feste Zu-sage bezüglich des Liefertermins und der Leistungsfähigkeit geben. Unkalkulierbare Ri-siken entfallen, eine Bohrgenehmigung ist nicht notwendig. Als angenehmer Nebene!ekt kann man dem Kunden die Option zum Kühlen seines Gebäudes anbieten – und zwar na-hezu ohne energetischen Aufwand und ohne Schadsto!ausstoß.

Die IKZ-HAUSTECHNIK-Redaktion sprach mit Alexander von Rohr, Geschäftsführer der Isocal HeizKühlsysteme GmbH, über das „Heizen mit Eis“.

gregatszustand zurückgeführt wird. Somit kann der Prozess der Nutzung von Kristal-lisationswärme von Neuem beginnen.

Im Sommer kann die „Kälte des Winters“ zum aktiven Kühlen verwendet werden. Das als „thermisches Abfallprodukt“ im Win-terbetrieb erzeugte Eis dient im Sommer somit als kostenlose Kältequelle. Für diese Nutzung muss lediglich eine Umwälzpum-pe eingebaut werden, die den Kaltwasser-kreislauf zwischen Gebäude und Eisspei-cher aufrechterhält.

ANLAGENEFFIZIENZIm Heizbetrieb treten Kosteneinsparungen laut Herstellerangaben gegenüber her-kömmlichen Systemen von etwa 50!% auf, bei der Kühlung von etwa 99!%. Im Gegen-satz zu klassischen Solaranlagen wird bei diesem System die Sonnenenergie bereits bei Temperaturen von knapp über 0°!C ge-speichert und genutzt. Das wahrscheinlich wichtigste Unterscheidungsmerkmal zu allen anderen Systemen: Energie wird bei großem Volumen (>10!000!l), aber bei mög-lichst niedriger Temperatur gespeichert. Die se Art der Wärmespeicherung vermei-det große Wärmeverluste und lässt die an-

AUFBAU UND FUNKTIONDas System besteht aus einem unterirdisch eingebrachten Speicher mit Wärme-/Kälte-überträgern, Solar- und Luftkollektoren so-wie einer Steuerungseinheit. Durch die Ver-wendung von Solar-Kollektoren wird neben der direkten Heizungsunterstützung auch ein Beitrag zur Warmwasserbereitung ge-leistet. 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 Auf-bereitung des Warmwassers benötigt wird. Dazu wird die im Sommer eingelagerte Wär-me 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-

und zeitversetzt, nahezu verlustfrei wieder nutzbar zu machen. Seit den ersten Einsät-zen des Systems hat sich bestätigt, wie wich-tig und erfolgreich die Kombination der ver-schiedenen Energiequellen war: „Je mehr re-generative 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“, er-klärt von Rohr.

Neben der Wärme des Wassers war es für den Konstrukteur darüber hinaus eine Herausforderung, auch die Kristallisations-wärme, die beim Übergang des Aggregat-zustandes „flüssig“ (Wasser) in den Aggre-gatzustand „fest“ (Eis) entsteht, zu nutzen. Hierzu war die Entwicklung eines Verfah-rens zur Aufhebung der Sprengwirkung des Eises notwendig. Gleichzeitig durfte die Ef-fizienz der Wärmepumpe durch den immer stärker werdenden Eispanzer nicht leiden. Erst durch Scha"ung dieser Rahmenbedin-gungen konnten die Vorteile dieses Heizsys-tems ganz genutzt werden.

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HEIZUNGSTECHNIKWärmepumpen- /„SolarEis-Speicher“-Technik

Einbau eines „SolarEis-Speichers SE 12“ (Inhalt: 12!000!l Wasser) für ein Einfamilienhaus.

Durch die spezielle Anordnung und Gestaltung der Wärme- und Kälteüberträger wird vermie-den, dass die durch die Eisbildung mögliche Sprengwirkung die Behälterwände schädigt.

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

geschlossene Solaranlage um ein Vielfaches e!ektiver werden.

Die Temperatur des „SolarEis“-Speichers liegt während der Heizperiode zwischen 0"°C und 6"°C. Mit diesen niedrigen Tempe-raturen wird auch die speziell darauf abge-stimmte Solaranlage angefahren. Die Tau-punktunterschreitung innerhalb des Kol-lektors wird bewusst herbeigeführt, da auf diese Weise wesentlich mehr Wärme erzielt und gespeichert werden kann, als bei her-kömmlichen 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 SolarEis-Speicher 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 Energiequel-len. Das System SolarEis arbeitet mit insge-samt fünf regenerativen Energiequellen un-ter Nutzung des Speichermediums Wasser in den Aggregatzuständen fest und flüssig. In Abhängigkeit der Dimensionierung set-zen 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 zu-sammen.

Darüber hinaus zeichnet sich das System u. a. durch weitere Vorteile aus:•# PV-Kühlung. Die Kühlfunktion kann

auch zur Kühlung einer Photovoltaikan-lage genutzt werden, deren Wirkungs-grad in der Regel bei höheren Tempera-turen zurück geht. Die Kühlung der Mo-dule bewirkt einen bis zu 25"% höheren Wirkungsgrad und eine verlängerte Le-bensdauer.

•# Ertragssicherheit. Während geother-mische Anlagen unter Leistungsmin-derung durch Abkühlung des Erdreichs und Vereisung leiden können, liefert das „SolarEis“-System konstant berechen-bare Ergebnisse.

•# Einsatz in Grundwasserschutzgebieten. Da von dem „SolarEis“-Speicher kein Risiko für Erdreich oder Grundwasser ausgeht, kann er auch in Grundwasser-schutzgebieten eingesetzt werden.

Bilder: Isocal HeizKühlsysteme GmbH, Friedrichs-hafen

www.isocal.de

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