Industrielle Eisspeicher in Kombination mit Wärmepumpen

Eine effiziente Energieeinsparung für die Industrie

Einleitung

Seit Jahrzehnten werden Eisspeicher in Kühlsystemen als Energiespeicher eingesetzt. Jetzt setzt es sich immer mehr in den Märkten durch, dass Eisspeicher auch als Wärmequelle für Wärmepumpen genutzt werden.

In einer Eisspeicher-Wärmepumpe wird ein Wärmespeicher auf niedriger Temperatur als Quelle für die Wärmepumpe verwendet. Beim Einfrieren des Wassers im Speicher wird viel Wärme freigesetzt, wodurch die Quellentemperatur auch bei kalten Außentemperaturen nahe dem Nullpunkt bleibt. Dadurch ist die Effizienz der Wärmepumpe bei kalten Temperaturen höher als bei Luft-Wärmepumpen.

Eine Eisspeicher-Wärmepumpenanlage nutzt einen Niedrigtemperatur-Latentspeicher auf der Quellenseite, um Umweltwärme zu speichern und an die Wärmepumpe abzugeben. Das gefrorene Wasser gibt dabei eine große Menge gespeicherter Wärme bei konstanter Temperatur frei. Beim Gefrieren von Wasser wird etwa die gleiche Menge an Wärme freigesetzt wie beim Abkühlen von 80°C auf 0°C (335 kJ/kg bzw. 93 Wh/kg).

Industrielle Eisspeicher sind eine innovative Lösung für Unternehmen, um überschüssige Energie in Form von Kälte zum Kühlen zu speichern und später zu nutzen. Durch die Kombination von Eisspeichern mit Wärmepumpen können erhebliche Energieeinsparungen erzielt werden. Diese Methode ist besonders für Industrieprozesse geeignet, bei denen ein hoher Energiebedarf für die Produktion erforderlich ist oder Gebäude erwärmt werden sollen. Der Einsatz von fossilen Brennstoffen oder elektrischen Heizsystemen kann kostspielig sein und die Umwelt belasten. Alternative Lösungen wie die Nutzung von Eisspeichern sind nicht nur energiesparender, sondern auch umweltfreundlicher. Unternehmen oder die Entscheider von Gebäudekühlungsprojekten, die auf innovative Technologien setzen und nachhaltiger agieren möchten, sollten die Verwendung von industriellen Eisspeichern in Betracht ziehen.

Unternehmen, die diese Maßnahmen umsetzen, werden nicht nur ihre Betriebskosten reduzieren, sondern auch einen positiven Beitrag zur Umwelt leisten und langfristigen Nutzen für ihre Geschäfte generieren.

Erklärung der Einzelkomponenten

Was sind industrielle Eisspeicher?

Was ist ein Eisspeicher für Wärmepumpen? Günstige Stromtarife und die Vermeidung von Lastspitzen für Kälteerzeugung durch Eisspeicher nutzen?

Industrielle Eisspeicher als Wärmetauscher sind eine innovative Lösung zur Energiegewinnung und -speicherung. Das Prinzip der Phasenwechselwärme macht es möglich, große Mengen an Energie zu speichern und bei Bedarf bereitzustellen. Durch das Einfrieren von Wasser während günstigerer Energiepreise oder in Zeiten, in denen die Energieversorgung weniger stark beansprucht wird, kann die gespeicherte Kälte tagsüber oder bei Bedarf genutzt werden. Dies bietet Unternehmen eine große Flexibilität bei der Energieversorgung und hilft Kosten zu senken. Industrielle Eisspeicher sind somit nicht nur eine nachhaltige Alternative, sondern auch eine wirtschaftlich sinnvolle Investition. Speziell im Sommer, wenn die Energiekosten und der Bedarf höher sind, wird das Eis im Eisspeicher genutzt, um den Kühlbedarf des industriellen Prozesses zu decken.

Interaktion der Komponenten

Der Eisspeicher

Der Eisspeicher dient als Wärmespeicher mit Wasser als Medium in Verbindung mit Eisspeicher-Wärmepumpen. Hierbei wird die beim Übergang von Eis zu Wasser aufgenommene und bei der Umwandlung von Wasser zu Eis freigesetzte Energie (Latentwärme) als Speicher genutzt. Dadurch kann eine große Menge Wärme mit geringem Temperaturunterschied gespeichert werden. Der Phasenwechsel im Eisspeicher erfolgt bei 0°C. Das vollständige Schmelzen von 1 kg Wasser erfordert genauso viel Wärme wie das Erhitzen von 1 kg Wasser von 0°C auf 80°C. Diese sogenannte Schmelzenthalpie oder Schmelzwärme beträgt bei Wasser 335 kJ/kg bzw. 93 Wh/kg. 
Der Verdampfer der Wärmepumpe/Kältemaschine wird direkt in den Eisspeicher geleitet. Durch das Einblasen von Luft am Tankboden oder die Umwälzung wird sichergestellt, dass das Eiswachstum an der Wärmetauscheroberfläche gleichmäßig erfolgt. Die Dicke des Eises an den Wärmeaustauschplatten wird durch einen Eisdickenmesser kontrolliert und reguliert.

Die Wärmepumpe

Bei Eisspeicher-Wärmepumpen-Anlagen werden Wärmepumpen mit einem Sole-Kreislauf verwendet. Die Quellentemperatur kann je nach Betriebsweise und Wetterbedingungen erheblich variieren (normalerweise zwischen -10°C und +25°C). Aus diesem Grund müssen Wärmepumpen eingesetzt werden, die effizient bei verschiedenen Temperaturdifferenzen laufen können. Dieser Aspekt der Anforderungen ähnelt dem von Luft/Wasser-Wärmepumpen. Der Betriebsbereich des Wärmepumpen-Verdampfers und die Maximaltemperatur des Eisspeichers müssen miteinander abgestimmt sein oder die Eintrittstemperatur zum Verdampfer muss durch ein Mischventil reguliert werden.

Der Wärmespeicher

Die wärmeseitige Speicherung optimiert die Laufzeiten der Wärmepumpe und ermöglicht die Bewältigung von Lastspitzen. Zusätzlich kann in Zeiten mit niedriger Quellentemperatur die Verwendung der Zusatzheizung verzögert oder vermieden werden. Der Wärmespeicher muss nicht speziell für Eisspeicher-Wärmepumpen-Anlagen angepasst werden, Standardprodukte können verwendet werden. 

Die Solarkollektoren - Der Absorber

Thermische Solarkollektoren verlieren an Effizienz, wenn die Kollektortemperatur steigt, da die Wärmeverluste zunehmen. Der solare Wirkungsgrad hängt auch von der Sonnenstrahlung ab. Höhere Strahlung bedeutet einen besseren Wirkungsgrad. Um hohe Wirkungsgrade bei hohen Kollektortemperaturen zu erreichen, können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, um den Wärmeverlust zu verringern. Bei höheren Temperaturen und einem gewünschten höheren Wirkungsgrad steigt jedoch der Aufwand und die Kosten für den Kollektor.

Wie kann ein Eisspeicher effizient genutzt werden?

Wie funktioniert ein Eisspeicher? Wie nutzen Wärmepumpen den Phasenwechsel des Latentwärmespeichers?

Die Verdampferplatten sind in einem rechteckigen oder runden Wassertank aufrecht gestellt und bilden bei einer Verdampfungstemperatur zwischen -4 und -10 °C Eis. Dieses bleibt statisch an den Verdampferplatten haften und wird gleichmäßig durch Wasser verteilt, das über ein Verteilungssystem auf den Tankboden zurückläuft. Zudem sorgt ein spezielles Verteilersystem für eine intensive Verwirbelung der Luft, um eine perfekte Wärmeübertragung und niedrige Eiswassertemperaturen zu gewährleisten. Dies ist besonders wichtig, um eine Kontinuität bei der Eisproduktion zu gewährleisten. Das automatische Anlaufen der Luftumwälzung nur bei Bedarf sorgt außerdem für mehr Effizienz und Energieeinsparung.

Eine Eisspeicher-Wärmepumpe ist eine effiziente und vielseitige Wärmepumpen-Anlage. Sie nutzt einen Niedrigtemperatur-Latentspeicher, um Wärme bei konstanter Temperatur zu speichern. Die Hauptkomponenten sind eine Sole/Wasser-Wärmepumpe, ein Eisspeicher, Solarkollektoren oder Absorber und ein Wärmespeicher. Je nach Bedarf kann sie Solarwärme, Aussenluft und Erdwärme als Wärmequelle nutzen. Es stehen verschiedene Betriebsweisen und Kombinationen der Wärmequellen, Eisspeicher und Wärmepumpe zur Verfügung. Maximieren Sie Ihre Energieeffizienz mit einer Eisspeicher-Wärmepumpe.

Für die Regeneration des Eisspeichers können verschiedene erneuerbare Wärmequellen oder Abwärme verwendet werden. In der Praxis werden Eisspeicher-Wärmepumpenanlagen oft mit Solarkollektoren oder Absorbern kombiniert, um den Eisspeicher aufzuladen. Dies erfolgt durch eine Kombination aus Solarwärme, Aussenluft und Wärmeübertragung aus dem Erdreich. Je nach Konzept können Solarwärme und Aussenluft sogar direkt als Wärmequelle für die Wärmepumpe genutzt werden. Bei Solarkollektoren kann die Solarwärme sogar direkt verwendet werden. Eisspeicher-Anlagen sind eine Alternative zu Luft-Wärmepumpen-Anlagen und können dort eingesetzt werden, wo Erdwärmesonden-Bohrungen nicht möglich sind. Die Integration von Solarkollektoren in Wärmepumpenanlagen ohne Eisspeicher ist bereits weit verbreitet.

Lohnt sich der Betrieb mit einem Eisspeicher?

Im Gegensatz zu anderen Energiespeichersystemen, wie z.B. Batterien, sind Eisspeicher sehr langlebig und haben eine hohe Speicherkapazität. Sie können auch schnell und einfach installiert werden und erfordern nur geringe Wartungskosten. Eisspeicher sind nach wie vor kostengünstiger als Lithium-Ionen-Akkus mit derselben Speicherkapazität. Bei der Herstellung von Eisspeichern entsteht eine geringere Umweltbelastung und bedeutend tiefere Treibhausgasemissionen im Vergleich zu neu produzierten Batterien. Die Speicherkapazität von Batterien nimmt im Laufe ihrer Lebensdauer kontinuierlich ab. Es ist jedoch zu beachten, dass beide Speichertechnologien eine Lebensdauer von 15 Jahren haben, die der Lebensdauer der Kälteanlage entspricht. Mit hoher Wahrscheinlichkeit müssen Second-Life-Batterien innerhalb dieser Zeit mehrmals ausgetauscht werden, während ein Eisspeicher oft weit über 15 Jahre betrieben werden kann.

Sie interessieren sich für Wärmepumpen?

Wie funktionieren Wärmepumpen?

Wärmepumpen sind eine ausgezeichnete Option zur Wärmeerzeugung und -nutzung, da sie Wärmeenergie aus verschiedenen Quellen aufnehmen und im Handumdrehen auf höhere Temperaturen bringen können. Das Funktionsprinzip ähnelt dem eines Kühlschranks, mit dem Unterschied, dass die aufgenommene Wärme genutzt wird, um Gebäude oder Prozesse als Wärmequelle zu erwärmen. Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, Wärmepumpen zu betreiben, wie zum Beispiel durch Nutzung der Umgebungsluft, des Erdreichs oder des Grundwassers. Mit Blick auf eine nachhaltige und effiziente Wärmegewinnung ist die Verwendung von Wärmepumpen als Wärmequelle eine kluge Option.

Eine Wärmepumpe ist eine innovative Technologie, die es ermöglicht, Wärmeenergie effizient von einem Ort mit niedriger Temperatur auf einen Ort mit höherer Temperatur zu übertragen. Dieses Gerät ist besonders in der industriellen Nutzung sehr erfolgreich, da es eine nachhaltige und emissionsfreie Möglichkeit bietet, die Wärme des Eisspeichers zu nutzen und auf das Kühlsystem des industriellen Prozesses zu übertragen. Eine Wärmepumpe kann aus der Umgebungsluft, dem Grundwasser oder der Erdwärme Energie gewinnen und somit eine erneuerbare Energiequelle darstellen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Heizsystemen, die auf fossilen Brennstoffen basieren und die Umwelt belasten, ist die Wärmepumpe eine umweltfreundliche Option, die gleichzeitig wirtschaftliche und betriebliche Vorteile bietet.

Kombination von industriellen Eisspeichern und Wärmepumpen

Wie können industrielle Eisspeicher mit Wärmepumpen kombiniert werden?

Die Kombination von Industriellen Eisspeichern mit Wärmepumpen bietet eine effiziente Möglichkeit, Energie in Form von Wärme zu erzeugen. Mit Hilfe von Wärmepumpen kann die gespeicherte Kälteenergie in der warmen Jahreszeit in nutzbare Wärmeenergie umgewandelt werden. Dabei ist das System nicht nur energieeffizient und umweltschonend, sondern bietet auch eine wirtschaftliche Alternative zu traditionellen Heizsystemen. Besonders für Unternehmen, die auf Nachhaltigkeit setzen, ist diese Technologie eine interessante Lösung, um Kosten zu sparen und gleichzeitig einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten.

Wie kann die Kombination von industriellen Eisspeichern und Wärmepumpen zur Energieeinsparung beitragen?

Die Kombination von industriellen Eisspeichern und Wärmepumpen ist eine vielversprechende Möglichkeit, den Energieverbrauch in der Industrie zu senken. Diese Methode nutzt überschüssige Energie, um den Eisspeicher zu füllen, der dann genutzt wird, um Wärmeenergie zu erzeugen, wenn sie benötigt wird. Dank dieser innovativen Technologie können Industrieunternehmen ihrem Energieverbrauch effektiv entgegenwirken und gleichzeitig auch ihren CO2-Ausstoß verringern. Unternehmen, die ihr Engagement für Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit unterstreichen möchten, sollten daher diese fortschrittliche Technologie in Betracht ziehen.

Die Verwendung von industriellen Eisspeichern in Kombination mit Wärmepumpen ist eine äußerst effektive Methode, um Energie zu sparen und den Energiebedarf eines Unternehmens erheblich zu reduzieren. Durch die Nutzung überschüssiger Energie in Form von Kälte zur Erzeugung von Wärme können beachtliche Fortschritte in der Energieeffizienz erzielt werden. Tatsächlich können Unternehmen mit der Kombination von Eisspeichern und Wärmepumpen bis zu 50 Prozent Energie einsparen im Vergleich zu herkömmlichen Heiz- und Kühlmethoden. Eine solche Investition in die Energieeffizienz eines Unternehmens kann dazu beitragen, Kosten zu senken, die Umwelt zu schonen und das Image des Unternehmens zu verbessern.

Die Begriffe Nutzungsgrad und Arbeitszahl werden oft synonym verwendet. Sie beziehen sich auf das Verhältnis von erzeugter Wärmemenge zur aufgewendeten Endenergie über einen bestimmten Zeitraum, beispielsweise ein Jahr. Im Rahmen der vollständigen Wärmebilanz ist der Nutzungsgrad immer kleiner als eins. Aufgrund von Umwandlungs- und Wärmeverlusten ist die tatsächlich genutzte Energie immer geringer als die aufgewendete Endenergie. Bei Wärmepumpen wird jedoch die Umweltenergie, da sie frei verfügbar ist, in der Regel nicht berücksichtigt. Der Nutzungsgrad wird nur anhand des Stromverbrauchs berechnet. Daher liegen die Nutzungsgrade in der Regel über eins.

Eisspeicher in Kombination mit Wärmepumpen bieten zahlreiche Vorteile

• Energieeinsparung: Eisspeicher als Wärmetauscher ermöglichen eine kostengünstige Speicherung von Energie während die Energiepreise niedriger sind. Diese gespeicherte Energie kann dann genutzt werden, um den Kühlbedarf des industriellen Prozesses zu decken. Dadurch wird der Energiebedarf des industriellen Prozesses reduziert und die Energiekosten sinken. Ein großer Vorteil dieser Technologie ist, dass sie sehr effizient ist. Wärmepumpen sind sehr effizient und können bis zu viermal mehr Wärmeenergie erzeugen, als sie elektrische Energie verbrauchen. Da der Eisspeicher die Wärmeenergie auf eine sehr niedrige Temperatur (bis zu -8°C) speichern kann, ist die Erzeugung von Wärmeenergie mit einer hohen Effizienz möglich. Durch die Kombination von industriellen Eisspeichern und Wärmepumpen kann also ein erheblicher Teil der benötigten gesamten Energie effizient eingespart werden.
• Umweltfreundlichkeit: Eisspeicher in Kombination mit Wärmepumpen reduzieren den CO2-Ausstoß und sind somit umweltfreundlicher als herkömmliche Systeme. Durch die Nutzung erneuerbarer Energien wie der Umgebungsluft oder der Erdwärme wird die Umwelt geschont. Die Kombination von Eisspeichern und Wärmepumpen ist umweltfreundlich. Da weniger Energie benötigt wird, um die Produktionsanlagen effizient zu kühlen, wird auch weniger CO2 ausgestoßen.
• Effizienz: Die Kombination von Eisspeichern zum Kühlen und Wärmepumpen als Wärmequelle ermöglicht eine höhere Effizienz des industriellen Prozesses. Die Kühlsysteme als Energiequellen können mit einer höheren Effizienz betrieben werden und somit wird der Energiebedarf reduziert.

• Langfristige Kosteneinsparungen: Obwohl die Investitionskosten für die Installation eines Eisspeichersystems und einer Wärmepumpe höher sein können als bei herkömmlichen Heizsystemen, führen diese Systeme auf lange Sicht zu erheblichen Kosteneinsparungen als Garanten der erneuerbaren Energien. Der Vorteil dieser Kombination liegt in der Energieeinsparung dieses Wärmetauschers. Da das Eis nachts, wenn der Strom günstiger ist, hergestellt wird und tagsüber genutzt wird, kann das Unternehmen seinen Stromverbrauch optimieren und Kosten einsparen. Da die Wärmepumpe auch eine erneuerbare Energiequelle ist, kann das Unternehmen seinen CO2-Ausstoß reduzieren und umweltfreundlicher produzieren.

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