Wärme richtig speichern

Mitunter hat man das Gefühl, dass in der Praxis häufig zuerst über den Speicher und dann über seine Anforderungen entschieden wird. Dabei sollte klar sein, dass jeder Planer zuerst zu klären hat, welche Anforderungen ein Speicher abdecken muss und wozu er genau benötigt wird. Erst danach kann der beste Speicher ausgewählt werden. Zu den Grundanforderungen gehört, dass ein Speicher Wärmeenergie aufnehmen und möglichst lange und möglichst verlustarm halten kann. Zu gegebener Zeit soll er sie dann zur Trinkwassererwärmung und immer öfter auch für die Raumheizung zur Verfügung stellen. Um dieses effizient zu bewerkstelligen, sollte die mit einer bestimmten Temperatur eingespeiste Wärmeenergie, auch mit derselben Temperatur abrufbar sein. Wird ein 300-l-Speicher mit 10 °C kaltem Wasser 15 min mit 12 kW Ladeleistung bei einer Temperatur von 50 °C beschickt, sollten dem Nutzer auch entsprechende 65 l Wasser mit 50 °C zum sofortigen Gebrauch zur Verfügung stehen.

Übertrager versus Verdränger

Die meisten Energiespeicher beinhalten eingebaute Wärmeübertrager. Wird dem Speicher über den Wärmeübertrager Energie zugeführt, entsteht eine Strömung, die das gesamte Speichervolumen mehr oder weniger durchmischt. Bei vorgenanntem Beispiel stehen dem Benutzer nach 15 min Aufheizzeit mit 12 kW Ladeleistung 300 l Wasser mit gerade mal 19 °C zur Verfügung. Damit der Nutzer nicht kalt duschen muss, heizt das (konventionelle) System so lange nach, bis der gesamte Speicher 50 °C erreicht hat.

Abhilfe bieten Verdränger-Speicher mit Toplade-System. Sie besitzen keine internen Wärme­übertrager. Die Be- und Entladung erfolgt von oben. Das warme Wasser schwimmt oben, da seine Dichte geringer ist. Dadurch ist die eingespeiste Energie jederzeit mit Einspeisetemperatur abrufbar. Während beim Verdränger-Speicher nur die notwendige Menge Wasser aufzuheizen ist, ist beim Übertrager-Speicher nahezu der gesamte Speicher­inhalt aufzuheizen. Das ist wesentlich kostenintensiver. Denn es kommt nicht darauf an, wie viel Energie in einem Speicher steckt, entscheidend ist die Exergie, also die wirklich nutzbare Energie.

Schichtspeicher ohne Wärmeübertrager

Soll ein Speicher für Trinkwassererwärmung und Raumheizung genutzt werden, muss er zwei Ladezonen besitzen. Der obere heiße Bereich ist für die Trinkwassererwärmung, der etwas kühlere Bereich darunter für die Raumheizung. Mit solchen Schichtspeichersystemen, die keinen internen Wärmeübertrager besitzen, lassen sich beide Temperaturzonen aufbauen. Bewährt haben sich Konstruktionen, die die Vorteile der Topladetechnik und den temperaturabhängigen Dichteunterschied des Wassers nutzen. Sie sind einfach und robust und funktionieren dauerhaft zuverlässig, da sie ohne bewegliche Bauteile arbeiten.

Zur Trinkwassererwärmung sind bei Solar­anlagen und manuell beschickten Holzheizungen ca. 80 bis 100 l/Pers Speichervolumen einzuplanen, bei Anlagen mit steuerbaren Wärmeerzeugern sind 40 bis 50 l/Pers ausreichend. Entscheidend bei der Speicherdimensionierung für die Raumheizung sind vor allem Vor- und Rücklauf­temperaturen des angeschlossenen Raumheiz­systems. Ein auf 80 °C aufgeheizter 1000-lSpeicher, der ein Heizsystem mit 60 °C Vorlauf- und 50 °C Rücklauf­temperatur versorgt, kann bestenfalls bis auf 50 °C abgekühlt werden und dabei nur rund 34 kWh abgeben.

Versorgt derselbe Speicher ein Fußboden- oder Wandheizsystem mit 26 °C Vorlauf- und 22 °C Rücklauftemperatur, können fast 70 kWh ans Heizsystem abgegeben werden. Fazit: Je niedriger die Vor- und Rücklauftemperaturen des Raumheizsystems, desto weniger Speichervolumen wird benötigt. Um das Speichervolumen für die Raumheizung zu bestimmen, müssen Informationen über den Wärmebedarf des zu versorgenden Gebäudes, die maximale Speichertemperatur, die minimale Rücklauftemperatur der installierten Raumheizung und die Art des Wärmeerzeugers vorliegen.

Maßgeschneiderte Speichersysteme

Mit dem EFG-SpeedPower-Speichersystem lassen sich durch Kombination von Schicht- und Heizspeichern maßgeschneiderte Speichersysteme für nahezu jeden Anwendungsfall realisieren. Dabei werden schnell reagierende und lang speichernde Speicher so kombiniert, dass das für das jeweilige Gebäude optimale Speicherverhalten entsteht. Sämtliche SpeedPower-Speicher sind mit Tangentialeinströmtechnik ausgestattet und in den Standardgrößen 800, 900 und 1000 l mit jeweils 790 mm Durchmesser – die Breite von Normtüren beträgt 800 mm – als auch in Sondergrößen mit mehreren tausend Litern Speichervolumen lieferbar.

Bei einem mit Fußbodenheizung ausgestatteten KfW40-Haus mit 200 m² beheizter ­Wohnfläche, sechs Bewohnern, einem Holzvergaserkessel mit 30 kW und 20 m² Solarkollektor zur Heizungsunterstützung, der mit 45° nach ­Süden ausgerichtet ist, sind für die Trinkwasser­erwärmung ein Speichervolumen von ca. 500 l und für die Raumheizung von ca. 2500 l emp­fehlenswert. Hierfür würden zwei SpeedPower-Schichtspeicher mit je 1000 l (davon jeweils 250 l für die Trinkwassererwärmung) parallel und ein SpeedPower-Heizspeicher in Reihe nachgeschaltet.

Für die Trinkwassererwärmung wird der obere Bereich der beiden SpeedPower-Schichtspeicher innerhalb kürzester Zeit über das integrierte Schichtsystem auf die gewünschte Tem­peratur von beispielsweise 55 °C gebracht. Anschließend geht es ans Heizen: Die Solarwärme fließt zunächst in die Raumheizung. Erst wenn die Kollektoren mehr Energie liefern, als die Raumheizung aufnehmen kann, speist das Sys­tem den Energieüberschuss in die Heizbereiche der SpeedPower-Schichtspeicher ein. Sobald diese bis unten hin geladen sind, wird in den nachgeschalteten SpeedPower-Heizspeicher eingespeist.

Durch geschickte Kombination verschiedener Speicherbausteine kann so ein maßgeschneidertes Speichersystem geschaffen werden, das genau die, für den jeweiligen Anwendungsfall benötigten Eigenschaften besitzt. Die Besonderheit dabei: das Speichersystem ist jederzeit auch nachträglich durch Hinzufügen weiterer Speicher zu ergänzen und auszubauen.

Dipl.-Ing. ist Geschäftsführer der EFG, Energie für Gebäude GmbH Co. KG, Kaufbeuren. Sandler gründete 1983 sein erstes Unternehmen. Während seiner Zeit als Geschäftsführer und Kopf der technischen Entwicklungen wurde das Unternehmen für seine ­zukunftsweisenden Konzepte und Produkte1993 und 2000 mit dem Bundes-Innovationspreis der Bundesrepublik Deutschland ausgezeichnet. Seit 2001 konzentriert sich Martin Sandler mit s­einer neuen Firma EFG auf die Weiterentwicklung, Vereinfachung und Vermarktung energiesparender Heizsysteme. https://efg.de/