Heizungsspeicher

Unter einem Puffer versteht man in einer Heizungsanlage einen Wärmespeicher, der mit Wasser befüllt ist. Er dient dazu, Differenzen zwischen der erzeugten und der verbrauchten Wärmeleistung auszugleichen. Auf diese Weise können die Systemkomponenten zur Wärmeerzeugung weitgehend unabhängig vom Verbrauch betrieben werden. Hierdurch ergibt sich für viele Wärmeerzeuger ein besseres Betriebsverhalten und ein besserer Wirkungsgrad.

Nachteilig an Wärmepuffern ist der kontinuierliche Wärmeverlust, der sich durch die Temperaturdifferenz zwischen Speicherinhalt und Umgebung ergibt. Dieser lässt sich durch eine gute Wärmedämmung und Vermeidung von Wärmebrücken verringern. Als Faustregel für Zentralheizungen (siehe unten) gilt, dass circa 60-70 Liter Pufferspeichervolumen pro installiertem Kilowatt Heizleistung ein sinnvolles Verhältnis zwischen großem Puffervorrat und niedrigen Wärmeverlusten darstellen. Ein Spezialfall des Wärmepuffers ist der sogenannte Boiler, bei dem die Wärmeerzeugung direkt integriert ist. Häufigste Formen sind Elektroboiler oder Gasboiler. Das Gegenkonzept zur Heizung mit Wärmepuffer ist ein Durchlauferhitzer. Bei diesem wird die Wärme „just in time“, das heißt zeitgleich mit dem Verbrauch produziert. Diese Betriebsweise ist nur ökonomisch möglich, wenn die Wärmequelle sehr schnell schalt- und regelbar ist und auch in Teillast einen genügend guten Wirkungsgrad aufweist (z.B. Elektroheizung oder Gasbrenner).

Zentralheizung mit Festbrennstoff

Anwendung findet der Puffer häufig in Zentralheizungen mit Festbrennstoff-Feuerung, die ihren optimalen Wirkungsgrad unter Volllast bringen, sich schlecht auf weniger Heizleistung regeln lassen und deutliche Effizienzeinbußen bei häufigem An- und Abschalten zeigen. Scheitholzfeuerungen etwa heizen gleichzeitig zum einen den Heizkreis, als auch den Puffer auf. Ist das gesamte Holz im Kessel verbrannt, wird die Heizungsanlage aus dem Puffer gespeist. Auch Pelletsheizungen zeigen den besten Wirkungsgrad unter Volllast. Da ihre Leistungsdimensionierung aber so ausgelegt ist, dass auch bei sehr niedrigen Aussentemperaturen und hohem Warmwasserbedarf ausreichend Energie bereitgestellt wird, ist der tatsächliche Leistungsbedarf zu fast allen Zeiten im Jahr deutlich geringer als die Auslegungsleistung. Es ist deshalb gerade in den Übergangszeiten (Herbst, Frühling) ein Intervallbetrieb notwendig: Der Puffer speichert dann die Energie während der Betriebsphase der Heizung ein und gibt sie anschließend bedarfsgerecht ab. Die sich in der Übergangszeit bei geringerem Wärmebedarf zwangsläufig einstellende Taktung der Heizkreispumpe (Einschaltzeit/Ausschaltzeit) würde ohne die Nutzung eines Pufferspeichers dazu führen, dass die Feuerungsregelung des Holzofens einen sauberen und insbesondere effizienten Abbrand des Brennstoffes verhindert. Der Einsatz eines Pufferspeichers führt also dazu, dass der Festbrennstoffofen/Holzofen immer unter idealen Bedingungen und Betriebstemperatur arbeitet. Überschusswärme wird in den Speicher eingeleitet und von dort bei Bedarf über die Heizkreispumpe abgerufen.

Für einen Pufferspeicherbetrieb werden 2 Wasserkreisläufe benötigt. Man spricht auch von Zirkulationen. Kreislauf 1 verbindet den Festbrennstoffkessel oder Holzofen mit Wasserregister über eine Ladepumpe mit dem Pufferspeicher. Eine sogenannte Temperatur-Differenzregelung steuert die Ladepumpe. Diese Regelung vergleicht einmal die Temperatur im Festbrennstoffkessel und die Temperatur des Pufferspeichers. Wenn die Temperatur des Festbrennstoffkessels um einen in der Regel einstellbaren Wert von 2 bis 20 Grad höher liegt, schaltet die Regelung die Ladepumpe ein und der Speicher erwärmt sich. Über die 2. Zirkulation wird von der Heizkreispumpe, in der Regel gesteuert über ein Raumthermostat, die benötigte Wärme in den Heizkörperkreislauf gepumpt. Ein dritter Kreislauf ist nötig, wenn zusätzlich ein separater Warmwasserspeicher vorhanden ist. Dieser wird ebenfalls über ein Regelthermostat und eine separate Ladepumpe bei Bedarf mit Warmwasser eingespeist. Bei der elektrischen Regelung kommt dabei eine sogenannte Vorrangschaltung zum Einsatz. Das heißt: Die elektrische Schaltung ist so konzipiert, dass für die Dauer des Ladevorganges, also während des Betriebes der Ladepumpe für das Warmwasser, die Heizkreispumpe abgeschaltet wird. Dadurch ist gewährleistet, dass stets warmes Wasser im Haushalt zur Verfügung steht. Dem gegenüber fällt eine kurzfristige Abschaltung der Heizkörperzirkulation nicht ins Gewicht. Außerdem würde eine zweifache und gleichzeitige Abnahme des Warmwassers aus dem Pufferspeicher die thermische Hydraulik insbesondere in einem Schichtenspeicher nachteilig beeinflussen. Für Einfamilienhäuser üblicher Größe sind (gut isolierte) Pufferspeicher mit 800–2000 l ausreichend.

Im Gewächshaus

Gewächshäuser verfügen oft über verhältnismäßig große Wärmespeicher zwischen 100 und 150 m3. Dabei wird tagsüber, wenn die Sonne das Gewächshaus aufheizt der Speicher erhitzt, der dann nachts die Wärme im Inneren des Gewächshauses abgibt. So kann tagsüber das CO2 der Verbrennung für das Wachstum der Pflanzen genutzt werden. Die benötigte Kesselleistung wird durch den Puffer verringert, da bei extremen Wetterlagen (kalte Winternächte) Puffer und Heizkessel Wärme zur Verfügung stellen. Diese Stahlbehälter sind meist als Schichtspeichersysteme ausgelegt. Das bedeutet, kaltes Wasser wird am Grund des Puffers angesaugt und das erwärmte Wasser dann im oberen Bereich eingeleitet. Damit sich die Wasserschichten nicht vermischen ist der Vor- und Rücklauf als Rohr mit vielen kleinen Bohrungen über die gesamte Länge des Behälters ausgeführt.

Wärmepumpen und Solaranlagen

Für Wärmepumpen ist ein Pufferspeicher nicht zwingend erforderlich, verbessert aber die Jahresarbeitszahl. Insbesondere spielen Pufferspeicher bei Wärmepumpen eine Rolle bei der Frage nach dem Lastausgleichspotenzial von Wärmepumpen im Stromnetz im Kontext der Energiewende. Üblich ist ein Puffer für die ganztägige Nutzung solarer Energie. Dabei wird mittels entsprechender Kollektoren die Wärme der Sonnenstrahlung tagsüber absorbiert, im Puffer gespeichert und bei Bedarf auch nachts im Haushalt abgegeben. Gerade bei Niedrigenergiehäusern wird so das Heizen im konventionellen Sinne überflüssig.

Bild: Bernd Kasper / pixelio.de

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