Heizen mit Eis – Wie kann das funktionieren?

Im Gebäude des Stadtarchivs finden sich – wie in jedem Archiv – wichtige Dokumente und Unterlagen, die zumeist aus Papier bestehen. Für deren dauerhafte Aufbewahrung und Erhaltung sind die Temperatur- und Feuchtigkeitswerte in den Magazinräumen von entscheidender Bedeutung: Wir brauchen ganzjährig eine konstante Temperatur von 18 Grad Celsius und eine relative Luftfeuchtigkeit von 50 Prozent. Um diese Werte im Magazin zu sichern, wird das Stadtarchiv Stuttgart mit Eis beheizt! Sie glauben das nicht? Dann lesen Sie bitte weiter…

Der Eisspeicher im Innenhof

Beim Einzug in den Bellingweg 21 hat das Stadtarchiv im Jahr 2010 eine besonders flexible, effiziente, ökologische und wirtschaftliche Energielösung bekommen: Ein Eisspeichersystem, das von der Firma Isocal Heizkühlsysteme GmbH aus Friedrichshafen entwickelt und durch den Generalunternehmer agn Niederberghaus & Partner GmbH aus Ibbenbüren realisiert wurde.

Der Eisspeicher wird aufgebaut (Rechte: Landeshauptstadt Stuttgart,
Amt für Stadtplanung und Stadterneuerung)

Kern dieser Technologie ist ein Eisspeichersystem in Kombination mit Gas-Absorptions-Wärmepumpen. Der Eisspeicher – ein betonierter Wasserbehälter mit einem Fassungsvermögen von rund 400 m³ – wurde in einer Tiefe von drei bis vier Metern unterirdisch in den Hof des Stadtarchivs eingelassen. Durch die fehlende Isolierung und umgebende Erdreichwärme erwärmt sich der Eisspeicher und beschleunigt so das Auftauen des Eiswassers.

Der Eisspeicher im Rohbau (Rechte: Landeshauptstadt Stuttgart,
Amt für Stadtplanung und Stadterneuerung)

Heizen mit Eis

Vier Gas-Absorptions-Wärmepumpen erzeugen Wärme und gleichzeitig Kälte als thermisches Abfallprodukt, da in den jeweiligen Jahreszeiten oft kein gleichzeitiger Bedarf an Wärme- und Kältenutzung besteht. In diesen Fällen wird die nicht benötigte Energie im Eisspeicher gespeichert.

Die Kälte, die in der Heizperiode als eine Art Abfallprodukt anfällt, wird zuerst im Eisspeicher zwischengelagert. Sie steht dem Archivgebäude nach Bedarf zur Verfügung, um die Archivmagazine zu kühlen bzw. zu entfeuchten.

Der Innenhof während der Bauphase des Eisspeichers. An der neu aufgebrachten Deckenisolierung lässt sich der Umfang des Eisspeichers ablesen (Rechte: Landeshauptstadt Stuttgart, Amt für Stadtplanung und Stadterneuerung)

Während der Heizperiode entnimmt die Gas-Absorptions-Wärmepumpe die Wärme aus dem Wasser des Eispeichers über einen Wärmetauscher. Der Verdichtungsprozess (das Kältemittel wird zuerst verdampft und anschließend komprimiert, dadurch entsteht die Wärme) findet in der Gas-Absorptions-Wärmepumpe statt – und zwar so lange, bis das Wasser sich komplett in Eis verwandelt hat.

Es wird also Kälte gespeichert, indem man Wärme erzeugt. Die erzeugte Wärme kann weiter für das Heizen und Luftentfeuchten benutzt werden – daher kommt der Begriff „Heizen mit Eis“. Die Kälte aus dem Eisspeicher wird kostenlos und ohne weiteren Energieeinsatz über einen Regenerationswärmetauscher für die Kühlzwecke im Archivgebäude benutzt.

Eiskräfte

Die mit frostsicherem Glykol gefüllten Wasserleitungen sind so verlegt, dass die Vereisung des Eisspeicherwassers von unten nach oben und von innen nach außen erfolgt. Damit wird die Übertragung von Eiskräften auf die Eisspeicherkonstruktion verhindert und sichergestellt, dass ausreichend Platz für eine Wasserströmung zur Regeneration des Eisspeichers bleibt.


Dieses Schaubild zeigt die Funktionsweise der Anlage (Rechte: Landeshauptstadt Stuttgart, Amt für Umweltschutz)

Kristallisationswärme

Und woher stammt die freigesetzte enorme Energiemenge, die für das Beheizen und Kühlen benutzt wird? Der Erfinder des Eisspeichersystems, Alexander von Rohr (Isocal HeizKühlsysteme GmbH in Friedrichshafen), beschreibt das Prinzip so: „Das Geheimnis beruht auf einem einfachen physikalischen Prinzip: Wenn Wasser zu Eis gefriert, entsteht die sogenannte Kristallisationswärme. Diese freigesetzte Wärmemenge entspricht derselben Energiemenge, die man gewinnt, wenn man Wasser von null auf 80 Grad Celsius erhitzt.“

Die hohe Effizienz der Anlage kommt durch eine gezielte Steuerung des Kristallisationsprozesses über ein Zeit-Steuerprogramm der Gebäudeleittechnik zustande, so dass der thermische Entladevorgang über Wochen hinweg immer wieder eingeleitet, gestoppt und wieder aufs Neue gestartet wird. Damit wird eine große Menge Kristallisationswärme freigesetzt und für das Heizen genutzt.

Innovative Klimatechnik

Um die gewünschten optimalen klimatischen Anforderungen in Archiv zu erreichen müssen die Luftfeuchte und die Temperatur reguliert werden. Die wichtigsten Kriterien dafür sind Beheizung, Befeuchtung, Entfeuchtung, Kühlung sowie eine intensive Luftdurchströmung. Dadurch kann eine gleichmäßige Verteilung von Wärme bzw. Kälte in den Magazinräumen realisiert werden. Die konditionierte Luft wird bei uns im Stadtarchiv via Belüftungsanlagen in die Magazinräume eingebracht.

Die Funktion des Eisspeichers im Schaubild (Rechte: agn Niederberghaus & Partner GmbH, Ibbenbüren)

Um Archivluft zu entfeuchten, wird zuerst die Zuluft soweit abgekühlt, bis das enthaltene Wasser kondensiert (Taupunkt bei 50 % Feuchte und 18 °C Temperatur beträgt ca. 7°C), und anschließend aufgeheizt, bis die gewünschten 18 °C Raumtemperatur erreicht werden. Um die Konditionierung der Archivräume in Stadtarchiv zu erreichen sind gleichzeitig große Mengen Wärme- und Kälteenergie notwendig.

Das Stadtarchiv Stuttgart verfügt damit über eine innovative Energietechnik, die übrigens zum ersten Mal in einem Archivgebäude umgesetzt wurde.


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