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Eisspeicher

Anordnung der Erdwärmekollektoren eines Erdeisspeichers. Quelle: Schleswiger Stadtwerke und Energie PLUS Concept
Verlegung der Kollektorrohre. Quelle: Hochschule München.

Der Eisspeicher ist als Kältespeicher eine Sonderform eines Fernwärmespeicher. Eiswasserspeicher wurden ursprünglich in Molkereien und Brauereien in angewendet. Dabei wird das Kältemittel (früher zumeist Ammoniak, heute oftmals das FKW-Kältemittel 134a) direkt innerhalb von in einem Wasserbecken liegenden Stahlrohren verdampft. An der Außenseite bilden sich Eisschichten. Dieses Eis speichert die Kälte perfekt, sodass bei stoßartiger Kühlwasserentnahme aus dem Wasserbecken genügend Kälte bereitgestellt werden kann. Da hier vorrangig die latente Wärme, die bei der Umwandlung von flüssigen Wasser in Eis verbraucht oder frei wird, gespeichert ist, handelt es sich um einen Latentwämespeicher.

Eisspeicher stehen meist überirdisch oder in, in den Boden eingelassenen, Becken. Größere Eisspeicher können nur unterirdisch realisiert werden. Hierzu ist nicht der Aushub einer Grube und die Herstellung eines Beckens erforderlich, sondern der Eisspeicher kann im Porenraum des Bodens ohne weitere Baumaßnahmen realisiert werden. Dies ist die preiswerteste Möglichkeit zur Realisierung größerer Anlagen.

Anwendungsbeispiel

In der Milchsammelstelle wurde früher morgens und/ oder abends warme Milch angeliefert, die in kurzer Zeit abgekühlt werden musste, was periodisch wiederkehrend kurzfristig hohe Kühlenergien erforderlich machte. Für diese Anwendung ist die Eiswasserspeicheranlage auch heute noch ideal, da das für die Kühlung notwendige Eis über die Nacht oder zumindest über eine längere Dauer und mit einer leistungsschwächeren Kühlmaschine erzeugt werden kann als bei einer Direktkühlung. Müssen beispielsweise 6.000 Liter Milch von 30 °C auf 4 °C zügig abgekühlt werden, so wird dazu eine Eismasse von ca. 2.000 kg benötigt.

Bei neueren Anlagen wird die Kälte von der Kältemaschine direkt auf ein Wasser-Glykolgemisch bei Minusgraden übertragen, das in Kunststoffleitungen in mehreren Rohrreihen durch das Kühlwasserbecken fließt. An den Rohrschlangen bildet sich nun wieder Eis, welches über die hohe Schmelzenthalpie wesentlich mehr Kälte speichern kann als Wasser.

Die mit Eisspeichern erreichte Kosteneinsparung basiert darauf, dass die für die vorgesehene Kompressionskältemaschine nicht auf die Spitzenlast ausgelegt werden muss und nicht in der Hochtarifzeit läuft und die notwendige Kälte vom Eisspeicher bereitgestellt wird. In den Nachtstunden (Niedertarifzeit) wird er von der Kältemaschine wieder aufgeladen und somit für den Tag neues Eis bereitgestellt. Neben diesem Kostenvorteil durch günstigere Stromtarife gibt es auch noch einen thermodynamischen Vorteil: In der Nacht ist, bedingt durch die niedrigere Außentemperatur, die Arbeitszahl der Kältemaschine besser, weshalb die für die Eisherstellung notwendige tiefere Temperatur bei geringfügig besserer Arbeitszahl erzeugt werden kann.

Bedeutung in der Geothermie

Gelegentlich werden Eisspeicher, insbesondere in Nahwärmenetzen mit Geothermieanlagen kombiniert. Sinnvoller ist es dabei, die Speichermöglichkeiten der Untergrundes (Poreneisspeicher) zu nutzen und so aufwändige Investitionen in Großbauten zu vermeiden. Sie auch das Forschungsvorhaben Erdeisspeicher.

Weblink

https://de.wikipedia.org/wiki/Fernwärmespeicher, Kältespeicher