Die wichtigste Wärmequelle eines Eisspeichersystems ist ein unterirdischer Eisspeicher, in dem Wasser kontinuierlich gefroren und wieder aufgetaut wird und einer Sole/Wasser-Wärmepumpe. Durch die Kombination kann sie nicht nur dem Erdreich Wärme entziehen, sondern auch dem Wasser und der Umgebungsluft. Eis-Energiespeicher-Systeme werden vor allem in Gebäuden mit hohem Wärme- und/oder Kältebedarf, besonders gewerbliche und kommunale Zwecke (Fernwärme) sowie Baugebiete mit Einfamilienhäusern (z. B. Nahwärme) eingesetzt.
Die Speicher bzw. Zisternen sind meistens aus Beton, aber auch aus Kunststoff, und nicht gedämmt. Sie werden ca. ein bis vier Meter tief in der Erde vergraben. Dadurch nutzen sie am besten die Temperaturunterschiede der Jahreszeiten aus. Sie nutzen den Phasenübergang von flüssigem Wasser zu festem Eis und umgekehrt (latente Wärme). Deswegen gehören sie auch zu der Gruppe der Latentwärmespeicher.
In der Zisterne befinden sich große Spiralen aus Leitungen, in denen eine frostsichere Flüssigkeit (Sole / Wasser-Glykol-Gemisch) zirkuliert. Diese Spiralen teilen sich in einen Entzugswärmetauscher und einen Regenerationswärmetauscher auf. Wenn alle Leitungen sowie Ab- und Zuflüsse installiert sind, wird die Zisterne mit Wasser gefüllt, das dann als Energielieferant dient.
Das Eis-Energiespeichersystem gewinnt Energie von der Sonne (Thermische Solaranlage, PVT-Kollektor), der Luft (Solar-Luftkollektor) und dem Erdreich (Eisspeicher). Die wird mit niedriger Temperatur in einen unterirdischen Behälter (Eisspeicher) eingespeist.
Eine Wärmepumpe entzieht dem Eisspeicher oder direkt den Solar-Luftabsorbern und/oder PVT-Kollektoren die Wärme und verdichtet sie auf eine höhere Vorlauftemperatur zum Heizen des Gebäudes.
Durch den Entzug der Wärme aus dem Eisspeicher vereist das System. Beim Phasenübergang von 0 °C kaltem Wasser zu 0 °C kaltem Eis wird Kristallisationsenergie freigesetzt. Darin steckt so viel Energie, wie benötigt wird, um Wasser von 0 °C auf 80 °C zu erwärmen und umgekehrt. Durch das gezielte Wechselspiel aus Wärmeentzug und Regeneration kann der Gefrierprozess innerhalb einer Heizperiode mehrmals wiederholt werden, wodurch die Kristallisationsenergie nahezu unbegrenzt nutzbar wird.
Gefriert Wasser zu Eis, geschieht dies in der Natur von außen nach innen. Im Viessmann Eis-Energiespeicher wird dieser Prozess durch die spezielle Anordnung des Wärmetauschersystems umgekehrt. Das Wasser gefriert von unten nach oben und von innen nach außen. Dadurch wirken auf die Speicherkonstruktion keine Kräfte.
Das Eis-Energiespeichersystem kann im Sommer zur kostenlosen natürlichen Gebäudekühlung eingesetzt werden ("natural cooling") eingesetzt werden. Nachdem das Wasser im Speicher zum Ende der Heizperiode normalerweise vereist ist, wird dem Eisspeicher im Sommer Kälte entzogen. Auch direkt über die Solar-Luftabsorber können im Sommer nachts niedrige Außentemperaturen genutzt werden, um das Wasser im Speicher oder im Heizkreislauf selbst abzukühlen. Dadurch lässt sich der Zeitraum für "natural cooling" mit kostenloser Kühlenergie deutlich verlängern. Falls das natürlich gebildete Eis oder Energie aus den Solar-Luftabsorbern nicht ausreicht, kann im "active cooling"-Betrieb direkt über die Wärmepumpe gekühlt werden.
Die Abmessungen des Eisspeichers werden nach der jeweiligen Leistung individuell berechnet. Das Wärmetauschersystem sorgt für kontrolliertes Einfrieren. Kaum ein anderes Energiesystem ist so attraktiv wie ein Eisspeicher.
Vorteile
• CO2 -freie Energieerzeugung
• Nutzung erneuerbarer Energien (Umgebungs-, Sonnen- und Erdwärme)
• Speichermedium Wasser ist ökologisch völlig unbedenklich
• Für den Eisspeicher ist keine Genehmigung erforderlich
• Keine Gefahr für das Grundwasser durch hermetische Versiegelung des Eisspeichers
• keine Wärmedämmung für den Speicher
• Laufender Betrieb sehr günstig
• Alleinstellungsmerkmal im Bereich erneuerbarer Energie
• Hohe Wirtschaftlichkeit durch die Nutzung der Kristallisationsenergie
• Gleichzeitiges Heizen und Kühlen
• Umweltfreundliches und klimaschonendes Heizsystem
Nachteile
• Relativ hohe Anschaffungskosten im fünfstelligen Eurobereich
• Ausreichend Platz für den Eisspeicher auf dem Grundstück notwendig
• Für den Betrieb der Wärmepumpe muss in der Regel Strom zugekauft werden, wenn keine Photovoltaikanlage möglich ist
• Risiko von technischen Problemen, infolge des Aufwands sowie der Komplexität des Gesamtsystems