Einsatz von "Naturwärmespeichern" in Wohn- und Nichtwohngebäuden

"Der Ausstieg aus der Nutzung fossiler Energien bedeutet, dass die Erneuerbaren Energien ins Zentrum des alltäglichen Lebens rücken. Unser eigener erneuerbarer Strom wird der Antrieb für unsere Gesellschaft", ist sich Alexander Schechner, Geschäftsführer der Naturspeicher GmbH, sicher. Entscheidend sei nur, dass wir insgesamt möglichst wenig Strom verbrauchten und ihn möglichst effizient ausnutzten.

Ein Beispiel dafür ist die moderne Klimatechnik: Wir beheizen und kühlen Gebäude, indem wir einen ständigen Energiestrom mit der Außenluft herstellen. Im Sommer wird die Wärme im Inneren der Gebäude entnommen und an die Außenluft abgegeben. Im Winter nutzen wir das gegenteilige Prinzip: Die verbleibende Energie der Außenluft heizt unsere Gebäude auf eine komfortable Raumtemperatur. Die Verbrennung fossiler Energien wird überflüssig und entlastet die Klimabilanz deutlich.

Hier setzt der "Naturwärmespeicher" an. "Unser Ansatz ist, Umweltenergie in Verbindung mit Ökostrom zu Heiz- und Kühlenergie zu machen, um damit Immobilien vom Einfamilienhaus bis hin zu Büro- und Betriebsgebäuden zu klimatisieren und zu heizen", erläutert Schechner.

Der "Naturwärmespeicher" ist ein Gerät, das als Wärmequelle für Wärmepumpen dient. Er befindet sich im Garten bzw. in der Außenanlage von Gebäuden und nimmt über die Umgebungsluft und die Sonneneinstrahlung Energie auf. Sie wird im Gerät zwischengespeichert und dann in Wärme und Kälte "verwandelt". Die Effizienz und die Dimensionierung der Anlagentechnik werden von den jeweiligen Quellen- und Senkentemperaturen bestimmt.

Aufbau und Funktion

Der "Naturwärmespeicher" ist ein zwei Meter tiefes Gewässer, dessen Größe sich nach der benötigten Leistung richtet. Dieses Gewässer kann eine runde oder eckige Bauform haben. Darauf schwimmt ein Luftwärmeübertrager – er schafft die Verbindung zur Außenluft. Das Gerät saugt an seinem Rand ständig Luft ein, die in der Mitte über einen leise arbeitenden Lüfter wieder austritt. "Wir verwandeln damit sozusagen den Luftstrom in einen ständigen Energiestrom", so Schechner weiter.

Dieser Luftstrom wird tagsüber dafür genutzt, das Gewässer aufzuwärmen. Wenn es dann kälter wird, kann die Wärmepumpe mit diesem aufgewärmten Wasser heizen. Dieser Wärmevorrat reicht, nach Angaben des Herstellers, für mehrere Tage, bevor der Speicher regeneriert werden muss. Wenn die Temperatur-Bedingungen ungünstiger werden, wird die Wärme entweder parallel der Außenluft entnommen oder ausschließlich dem Wasserspeicher.

Wenn die Heizenergie nicht mehr ausreicht und der Luftstrom in den kalten Winternächten immer kälter wird, stellt das Gerät den Luftstrom ab und entzieht dem Wasser weitere Energie bis hin zum Phasenübergang zur Eisbildung (Stichwort: Eisspeicher). Und dieser Energievorrat ist noch immer signifikant; schließlich setzt ein Liter Wasser, das von 80 °C auf 0 °C abgekühlt wird, genauso viel Energie frei, wie 0 °C kaltes Wasser, das zu Eis gefroren wird.

"Für die Heizung bedeutet der »Naturwärmespeicher« je nach Klimazone und Dimensionierung eine Effizienzsteigerung von 30 bis 50 Prozent. Mit einer Kilowattstunde Ökostrom können wir oft 4 bis 5 kWh Wärme erzeugen."

Die Heizung, die auch kühlen kann

Für die Kühlfunktion dreht sich das Funktionsprinzip entsprechend um: Die Kühle der Nacht wird mit Hilfe des Luftwärmeübertragers in das Gewässer eingebracht, so dass am Tag damit gekühlt werden kann. Dafür steht im Gerät selbst ein großer natürlicher Kältespeicher zur Verfügung.

Alexander Schechner beschreibt die Erfahrungen mit den ersten eingebauten Anlagen: "In der Übergangszeit oder in manch kühlen Nächten erhalten wir durch die natürliche Kälte der Umgebung bereits einen günstigen Energiestrom, den wir direkt dem Luftstrom entnehmen. Mit einer Kilowattstunde Ökostrom können wir aufgrund dieses Effektes 5 bis 10 kWh Kühlung erzeugen."

Er erklärt weiter: "Wir haben gesehen, dass die Dimensionierung der Anlagentechnik zunehmend von der Kühlung bestimmt wird. Wenn wir nun rund um die Uhr Kälte erzeugen können, reduzieren sich die Kosten der komplexen Klimatechnik signifikant, was die Effizienz der Gesamtanlage erheblich steigert."

Der "Naturwärmespeicher" wird in Kombination mit drehzahlgeregelten Wärmepumpen betrieben. Die ersten Referenzkunden haben auf Wärmepumpen von alpha innotec zurückgegriffen – man sei jedoch nicht an ein bestimmtes Fabrikat gebunden.

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Individuelle Gestaltungsmöglichkeiten

Der "Naturwärmespeicher" hat zwar eine Einbautiefe von rund zwei Metern, an der Oberfläche nimmt das Auge jedoch nur 5 cm Wassertiefe wahr. Der Rest befindet sich unterhalb des schwimmenden Moduls. Das ist der Kindersicherheit und dem Standort im Garten bzw. in der Außenanlage geschuldet; man kann den "Naturwärmespeicher", nach Angaben des Herstellers, gefahrlos betreten und sogar darauf spielen.

Die Oberfläche des Geräts gibt nicht preis, welche Anlagentechnik sich unter ihr verbirgt. Sie stellt sich, je nach den Bedürfnissen des Bauherrn, als länglich-eckiges oder rundes Gewässer dar und kann wahlweise durch Wasserspiele und Beleuchtung ergänzt werden. Hier bestimmen Architekt und Bauherr gemeinsam die Variante, die die Außenanlage optisch aufwertet.

"Unsere ersten Kunden freuen sich über die gute Verfügbarkeit der Wärmequelle, ihre Kompaktheit und Performance in der passiven und aktiven Kühlung und die gute Effizienz beim Heizen und in der Warmwasserbereitung", fasst Schechner die ersten Erfahrungen zusammen. "Wir richten uns ganz nach den Wünschen der Bauherren, was das Äußere des »Naturwärmespeichers« angeht. Unterschiedliche Oberflächen sind genauso möglich wie Wasserspiele und Beleuchtung, um den Wärmespeicher auch zu einem Gestaltungselement in der Außenanlage zu machen. Das kommt sehr gut an."

Die kleinste Anlage besitzt einen Durchmesser von 2,2 m und kann mit der passenden Wärmepumpe bereits 4 bis 7 kW Heizleistung und bis zu 10 kW Kühlleistung bereitstellen. Den großen Anlagen seien nahezu keine Grenzen gesetzt: Für die rechteckige Bauform steht ein standardisiertes Modul mit 16 bis 32 kW zur Verfügung, das leicht skalierbar ist.

Der Einbau eines "Naturwärmespeichers" ist im Gegensatz zur Erdwärmebohrung weder anzeige- noch genehmigungspflichtig und eignet sich somit für viele Regionen. Er wird vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) mit bis zu 6.000 Euro gefördert.

"Mit dem »Naturwärmespeicher« integrieren wir uns in die natürlichen Energiekreisläufe der Erde. Das bringt unsere Gebäudetechnik einen großen Schritt voran", zeigt sich Schechner überzeugt.