Wärmespeicher – Voraussetzung für effizientes Heizen

Warmes Wasser zu erzeugen benötigt viel Energie

Der Bedarf an warmem Trinkwasser zum Duschen, Waschen oder Baden ist in einem durchschnittlichen Haushalt bis zu 20 Mal höher als der tägliche Trinkwasserbedarf. Wir benötigen somit je nach Waschverhalten 40 Liter und mehr an erwärmtem Wasser.

Dabei handelt es sich lediglich um das Trinkwasser. Berücksichtigen wir noch die Menge an Wasser, die täglich durch die Heizungsrohre läuft, nachdem sie erwärmt wurde, wird eine noch größere Zahl daraus.

Um Wasser zu erwärmen, wird viel Energie benötigt. Da es bei einer Zentralheizung unwirtschaftlich wäre, jedes Mal den Heizkessel anzuschalten, wenn Warmwasser gezapft wird, werden Wärmespeicher benötigt. Dies gilt umso mehr, wenn alternative Energiequellen wie Pelletkessel, Wärmepumpen oder Solarthermie genutzt werden.

Diese Heizsysteme stellen Wärme nicht auf Knopfdruck bereit wie ein Boiler, sondern erzeugen über einen bestimmten Zeitraum Wärmeenergie. Damit diese nicht verloren geht, braucht es ebenfalls Wärmespeicher.

Wie lässt sich Wärme speichern?

Wärme kann auf unterschiedliche Weise gespeichert werden. Folgende gängige Speichervarianten werden für Wärmespeicher eingesetzt.

sensible Wärmespeicherung:

• Bei diesen Systemen wird die Wärmeenergie in Feststoffen oder flüssigen Medien gespeichert. Das können Baustoffe ebenso wie Wasser sein. Wird Energie zugeführt, erhöht sich die Temperatur des Träger- bzw. Speichermediums. Wird Energie entnommen, sinkt entsprechend die Gesamttemperatur des Speichermediums. Die meisten Pufferspeicher funktionieren nach dem Prinzip der sensiblen Wärmespeicherung.

thermodynamische Wärmespeicherung:

• Diese Wärmespeicher funktionieren meist nach dem Prinzip der Adsorption. Das feste Speichermedium kommt mit warmer oder heißer Luft in Kontakt. Das im Speichermedium enthaltene Wasser wird zu Wasserdampf. Dieser Wasserdampf kondensiert an einem sogenannten „Sorptionsmaterial“. Dabei handelt es sich um Stoffe mit großer innerer Oberfläche und der Fähigkeit, Feuchtigkeit aus der Umgebung zu binden. Häufig sind das Zeolithe oder Gele aus Silika. Durch die Bindung bzw. Kondensation des heißen Wasserdampfs wird schließlich Wärmeenergie freigesetzt, welche die Luft erwärmt.

latente Wärmespeicherung:

• Diese Wärmespeicher sind mit Speichermedien gefüllt, die ihren Aggregatzustand verändern, wenn Energie zu geführt wird. Ein festes Speichermedium kann so flüssig werden und umgekehrt. Das Funktionsprinzip kennen Verbraucher von sogenannten Wärmekissen. Wird es geknickt, wird das weiche Material hart und es entsteht Wärme. Ebenso funktioniert das Speichermedium bei einem latenten Wärmespeicher.

Arten von Heizungsspeichern

Die meisten Heizungsspeicher nutzen die sensible Wärmespeicherung mithilfe von Wasser. Folgende Arten werden hier unterschieden:

Pufferspeicher:

Hierbei handelt es sich um Kurzzeit-Wärmespeicher. Sie speichern Wärmeenergie zwischen und stellen diese auf Abruf sofort wieder bereit. Pufferspeicher werden größtenteils zusammen mit Wärmepumpen oder Solarthermie-Anlagen, aber auch mit herkömmlichen Gasheizkesseln oder Holzheizkesseln kombiniert. Pufferspeicher lassen sich auch mit unterschiedlichen Wärmeerzeugern gleichzeitig nutzen, z.B. als Wärmespeicher für eine Gasheizung und eine Wärmepumpe. Pufferspeicher werden überwiegend zur Bereitstellung von Heizungswasser eingesetzt.

Ein Pufferspeicher ist ein mehrere hundert Liter fassender, großer Tank, der von einer dicken Isolierschicht ummantelt ist. Vergleichbar ist der Pufferspeicher mit einer großen Thermoskanne für Tee oder Kaffee. Der Wärmespeicher ist an das Rohrsystem der Heizung angeschlossen und kann bei Bedarf warmes Heizungswasser bereitstellen, ohne dass dafür der Heizkessel benötigt wird.

Vorteile: Kann mit allen Heizsystemen kombiniert werden, speichert Wärme ganz einfach und gibt sie bei Bedarf sofort wieder ab.

Nachteile: Benötigt viel Platz, ist nicht für Wärmespeicherung über mehrere Tage hinweg ausgelegt, nur für Heizungswasser geeignet.

Warmwasserspeicher:

Dieser Heizungsspeicher stellt vor allem warmes Brauchwasser bereit. Im Speicher befindet sich warmes Trinkwasser, das mithilfe einer Rohrschlange über das Heizwasser erhitzt wird. Warmwasserspeicher können Wärme über mehrere Tage speichern.

In der Regel ist ein Warmwasserspeicher an einen Pufferspeicher angeschlossen. Von dort wird er mit warmem Heizungswasser versorgt. Üblicherweise umfasst ein Warmwasserspeicher für einen Vier-Personen-Haushalt rund 300 Liter Wasser. Vor allem morgens sollte der Speicher ausreichend warmes Wasser zum Duschen bereitstellen.

Vorteile: Stellt schnell warmes Trinkwasser bereit.

Nachteile: Ist er leer, dauert die Trinkwassererwärmung lang; ist nur für Trinkwasser geeignet; braucht als „Ergänzung“ einen Pufferspeicher; beide Wärmespeicher brauchen viel Fläche.

Solarspeicher:

Sogenannte „Solarspeicher“ sind Pufferspeicher mit besonders geringen Wärmeverlusten. Diese hohe Leistung ist wichtig, denn Solarthermie-Anlagen produzieren nur bei Tag Wärme. Solarspeicher müssen die gespeicherte Wärmeenergie deshalb mindestens bis zum nächsten Tag, aber im besten Fall auch über mehrere Tage hinweg bereithalten.

Vorteile: Kann Wärme mehrere Tage speichern.

Nachteile: Teurer in der Anschaffung.

Kombispeicher:

Ein Kombispeicher besteht aus zwei getrennten Wasserkreisläufen. Er kann sowohl warmes Trinkwasser als auch warmes Heizungswasser speichern.

Vorteile: Braucht weniger Platz als Warmwasser- und Pufferspeicher; schnelle Bereitstellung von Wärme.

Nachteile: Höherer Preis.

Hygienespeicher:

Bei einem Hygienespeicher handelt es sich um eine Sonderform des Kombispeichers, bei welchem das Warmwasser kontinuierlich in Bewegung ist, um Legionellenbildung oder die Bildung anderer Keime zu verhindern.

Vorteile: Verhindert Legionellenbildung; bietet schnell warmes Trinkwasser oder Heizungswasser.

Nachteile: Höhere Anschaffungskosten; Wasserzirkulation verursacht höhere Stromkosten.

Leistung von Wärmespeichern bestimmen

Um die Leistung eines Heizungsspeichers zu ermitteln, lassen sich verschiedene Kennzahlen vergleichen.

Energiedichte: Diese Kennzahl gibt an, wie viel Wärmeenergie ein Wärmespeicher aufnehmen kann. Meist wird die Energiedichte als Verhältnis von Kilowattstunden zu Volumen angegeben. Die Einheit lautet dann kWh/m³.

Nutzungsgrad: Jeder Wärmespeicher verliert mit der Zeit an Wärmeenergie. Der Nutzungsgrad gibt diesen Wärmeverlust als Verhältnis von verwendbarer Wärmeenergie zur zugeführten Energie an. Hohe Nutzungsgrade bedeuten dementsprechend geringe Energieverluste und höhere Speichereffizienz.

Beladezeit/Entladezeit: Diese Kennzahl zeigt Ihnen, wie viel Zeit vergeht, bis ein Wärmespeicher wieder komplett aufgeladen ist bzw. wie schnell er entladen ist. Abhängig von der Geschwindigkeit der Auf- oder Entladung werden die Heizsysteme ausgewählt, die sich mit diesem Wärmespeicher kombinieren lassen.

Temperatur: Diese Temperaturangabe bezieht sich auf die maximal mögliche Temperatur im Wärmespeicher. Wenn es z.B. auf Hygiene bei Warmwasserspeichern ankommt, sollten möglichst hohe Speichertemperaturen möglich sein. Nutzen Sie den Pufferspeicher für Ihre Fußbodenheizung, reichen schon niedrige Temperaturen aus.

Speicherzyklen: Mit jedem Ent- und Beladevorgang verliert ein Wärmespeicher an Speicherkapazität. Die Anzahl der Speicherzyklen zeigt Ihnen, wie oft ein Heizungsspeicher beladen und entladen werden kann, ohne dass sich sein Nutzungsgrad verringert.

Fazit: Ohne Wärmespeicher keine effiziente Wärmenutzung

Ganz gleich, ob Sie Ihr Haus mit einer Gasheizung, einer Ölbrennwertheizung, einer Wärmepumpe oder mit Solarthermie beheizen, in allen Fällen ist der Wärmespeicher eine Voraussetzung für die effiziente Nutzung der erzeugten Wärmeenergie. Insbesondere bei alternativen Wärmeerzeugern sorgt der Heizungsspeicher dafür, dass die Energie nicht dann verbraucht werden muss, wenn sie produziert wird, sondern dann, wenn sie benötigt wird.