... für eine effiziente Kältespeicherung, Kühlung und Heizung

Bei der Eiserzeugung mit dem sogenannten Vakuumeis- oder auch Tripelpunktsverfahren, wird Wasser aus einer freien Wasseroberfläche bei etwa -0,5 °C im Vakuum verdampft. Dabei wird der umgebenden Flüssigkeit Energie entzogen und es bilden sich Eispartikel. Je mehr Wasser verdampft wird, umso größer wird der Eisgehalt im Wasser-Eis-Gemisch - dem Flüssigeis.

Das ILK Dresden nutzt dieses Phänomen bei der Vakuum-Flüssigeis-Erzeugung. Dabei werden spezielle, vom ILK entwickelte Wasserdampf-Turboverdichter eingesetzt.

Die Flüssigeistechnologie hat vielfältige Anwendungsmöglichkeiten:

• Kältespeicherung zur Absenkung von Kältebedarfsspitzen bzw. elektrischen Spitzenlasten
• Kältespeicherung zur Kapazitätserweiterung bestehender Kältenetze sowie zur Erhöhung der Versorgungssicherheit
• Integration bzw. Speicherung von regenerativer Energie ("Power-to-Cold")
• Flexibilisierung von Kraft-Wärme-Kälte-Anwendungen
• Flüssigeis als Kälteträger zur Prozesskühlung / Luftkühlung rund um 0 °C
• Erschließung von Oberflächengewässern als Wärmequelle für Wärmepumpenanwendungen

Flüssigeis zur Kältespeicherung

Die Technologie kann zur Speicherung von Kälte eingesetzt werden. Damit kann sowohl die elektrische Spitzenlast gesenkt als auch die Kälteerzeugung in Zeiträume verlagert werden, in denen preiswerter bzw. "überschüssiger" regenerativer Strom verfügbar ist.

Das Flüssigeis-Kältespeichersystem bietet gegenüber herkömmlichen Kälte-bzw. Eisspeicherverfahren folgende Vorteile:

• Hohe Speicherdichte durch Nutzung des Phasenwechsels, dadurch kompakte Speichergrößen und geringere Verluste
• Höchste Effizienz aller Eiserzeugungsverfahren
• Kein Glykolkreislauf erforderlich, einfache Anbindung an das (bestehende) Kaltwassersystem
• Gleichbleibend hohe Entladeleistung unabhängig vom Ladezustand des Speichers
• Sehr flexibler Speicherbetrieb: keine vollständige Entladung vor Beladung notwendig, schneller Wechsel zwischen Be- und Entladung und umgekehrt möglich
• Ladezustand des Speichers ermittelbar
• Bildung der Eiskristalle an der freien Wasseroberfläche im Verdampfer, d.h. im Gegensatz zu anderen Flüssigeisverfahren kein Abkratzen oder Abschlagen des Eises von einer Wärmeübertrageroberfläche – dadurch geringerer Verschleiß und Wartungsaufwand
• Kein Wärmeübertrager im Speicherbehälter, d.h. Speicherkapazität, Beladeleistung und Entladeleistung sind unabhängig voneinander und frei kombinierbar
• Eis/Wasser als Phasenwechselmaterial zur Kältespeicherung ist kostengünstig, unterliegt keiner Degradation und ist umweltfreundlich 

Das Eisspeichersystem kann an eine bestehende Kaltwasserversorgung bzw. einen Kaltwassererzeuger angekoppelt werden. Bei der Beladung des Speichers (Eiserzeugung) wird das Kaltwasser zur Abfuhr der Kondensationswärme des Eiserzeugungsprozesses genutzt.

Hoch effiziente Kältespeicherung

Die Verdampfungstemperatur liegt mit -0,5 °C deutlich über der klassischer Eiserzeugungsverfahren und ist nur geringfügig niedriger als bei der direkten Kaltwasserbereitstellung. Aufgrund der höheren Verdampfungstemperatur wird die Effizienz der Eiserzeugung gesteigert und der energetische Mehraufwand gegenüber der reinen Kaltwassererzeugung gering gehalten. Bei Ausnutzung günstiger nächtlicher Kondensationstemperaturen kann sogar eine höhere Systemeffizienz erzielt werden als bei der bedarfsgeführten Kaltwassererzeugung ohne Zwischenspeicherung.
Wirtschaftliche Vorteile ergeben sich aus der Nutzung von Nebenzeit-Tarifen, der Reduzierung der elektrischen Anschlussleistung oder aus dem gesteigerten Eigenverbrauch kostengünstigen, selbsterzeugten Stroms.

Heizen mit Flüssigeis

Aufgrund der Vereisungsgefahr am Verdampfer werden in unseren Breiten bislang kaum Oberflächengewässer als Wärmequelle für Wärmepumpen eingesetzt. Mit dem Flüssigeissystem als erste Stufe in einer Wärmepumpenkaskade können leicht erschließbare, natürliche oder künstliche Wasserreservoire selbst bei Wassertemperaturen am Gefrierpunkt als effektive Wärmequelle verwendet werden.

Der Energieentzug findet durch gezielte (Flüssig-)Eisbildung bei gleichzeitiger Verdampfung statt. Da das Wasser dabei nicht durch einen Wärmeübertrager strömt, können Probleme durch Verschmutzungen prinzipbedingt ausgeschlossen werden.

Aufgrund der konstanten und gegenüber Luftwärmepumpen höheren Wärmequelltemperaturen wird ein signifikanter Effizienzvorteil erreicht. Der Erschließungsaufwand gegenüber Wärmepumpen, die das Erdreich als Wärmequelle nutzen, ist deutlich geringer.