Auch kleine Wärmelecks schließen – 6 Tipps für effiziente Pufferspeicher

Pufferspeicher haben einen entscheidenden Einfluss auf die Gesamteffizienz thermischer Energiesysteme. Der Speicher soll möglichst viel Wärme aufnehmen, sie verlustarm speichern und den Abnehmerkreisen bei Bedarf auf dem geforderten Temperaturniveau zur Verfügung stellen [1]. Neben der Zwischenspeicherung von Wärme sind sowohl der Aufbau als auch der Erhalt der Schichtung weitere wesentliche Aufgaben.

Tipp 1: Abstrahl- und Bereitschaftswärmeverluste gering halten

Bei der Wärmeerzeugung und -speicherung wird generell angestrebt, die Abstrahl- und Bereitschaftswärmeverluste so gering wie möglich zu halten. Bei bestimmten Wärmeerzeugern sind optimierte Nutzungsgrade allerdings wichtiger, als ein möglichst niedriger Bereitschaftsverlust des Speichers. Bei der Auslegung von Scheitholz- und Pelletkesseln, Wärmepumpen und BHKWs gilt es vorrangig, das Takten von Brenner und Aggregat zu minimieren. Hier soll der Pufferspeicher für möglichst lange Laufzeiten sorgen. Dennoch gilt für die Planung: Das Pufferspeichervolumen muss im passenden Verhältnis zum Wärmeverbrauch stehen.

Tipp 2: Optimal gedämmte Oberfläche

Neben der Auswahl und Bemessung des Pufferspeichers ist die richtige Wärmedämmung der Außenhülle entscheidend für eine hohe Effizienz. Die Dämmschicht sollte sowohl ausreichend dick als auch lückenlos ausgeführt sein. Für die Speicherwandung wird eine seitliche Dämmstärke von 10cm und für die Speicheroberseite 15cm Dämmung empfohlen. Die Wärmeleitfähigkeit sollte kleiner als 0,035W/mK sein [2]. Die durchschnittliche Wärmeverlustleistung eines bivalenten Solarspeichers mit 1000l Heizwasservolumen beträgt bei guter Dämmung (ca. bis 10cm) 0,2...0,3 W/l, bei unzureichender Dämmung (< 2cm) 0,7...1,0W/l (bei Aufstellung innerhalb eines beheizten Bereiches) [3]. Als Faustregel gilt, dass der Temperaturverlust eines Pufferspeichers über Nacht nicht mehr als 5K betragen sollte.

Tipp 3: Speicher(boden) bei Bedarf nachträglich dämmen

Wärmeverluste entstehen vorwiegend nach oben, entsprechend des natürlichen Wärmeflusses. Deshalb sind in den meisten Fällen die Speicherdeckel sehr gut gedämmt. Vernachlässigt werden jedoch manchmal die Wärmeverluste über den Speicherboden auch wenn die Wassertemperaturen “nur“ im Bereich von 25 bis 40°C liegen. Eine nachträgliche Dämmung der Speicherunterseite wird jedoch durch Stellfüße und evtl. querende Rohrleitungen erheblich erschwert. Eine mögliche Lösung – auch für insgesamt unzureichend gedämmte Speicher – besteht darin, den Speicher in ein Gehäuse zu hüllen (z. B. mittels OSB-Holzbauplatten) und den so entstandenen Hohlraum mit einer Einblasdämmung zu verfüllen. Als Dämmmaterial kommt bei Einblasdämmungen Zellulose [4] oder Mineralwolle [5] zum Einsatz.

Tipp 4: Stabile Temperaturschichtung

Eine funktionierende Schichtung ist an den Temperaturen der einzelnen Pufferzonen zu erkennen. Oben heiß und unten kalt und die Durchmischung des Speicherinhalts vermeiden lauten zwei Grundprämissen. Entscheidend dafür ist zum einen die korrekte Dimensionierung des Pufferspeichers. Wird der Behälter z.B. zu klein bemessen, droht eine Durchmischung des Inhalts durch zu hohe Heizwasservolumenströme. Dies hat zur Folge, dass über die gesamte Speicherhöhe eine Mischtemperatur herrscht, die weder zur Raumheizung noch zur Trinkwassererwärmung effektiv nutzbar ist. Oberstes Gebot ist daher der Aufbau und der Erhalt einer sauberen Temperaturschichtung. Neben der richtigen Anordnung der Wärmetauscheranschlüsse sind spezielle Schichtladeeinrichtungen hilfreich, um die Temperaturschichten im Speicher zu managen.

Tipp 5: Anschlüsse richtig dämmen

Eine wärmetechnische Problemstelle sind die Rohranschlüsse an den Speicher. Vor allem ungünstig ausgeführte Anschlusspunkte verursachen erhebliche Energieverluste. Zudem setzt sich innerhalb der abgehenden Rohrleitung eine selbsttätige Zirkulation in Gang. Anzustreben wäre deshalb, die Anzahl der horizontalen Anschlüsse so gering wie möglich zu halten. Pufferspeicher müssen jedoch als Serienprodukt eine Vielzahl von Anschlussmöglichkeiten bereithalten, um für viele Anlagenkonstellationen und Wärmeerzeugungsarten die passende hydraulische Einbindung zu ermöglichen. Nicht benötigte Speicheranschlüsse sollten unbedingt gedämmt werden. In den Sortimenten der Speicherhersteller sind hierfür passende Dämmstopfen erhältlich, mit denen die im Dämmmantel ausgesparten Anschlussvorsehungen lückenlos geschlossen werden können.

Falls möglich sollte bei der Produktauswahl nur ein Speicher mit der notwendigen Anschlussanzahl berücksichtigt werden.

Tipp 6: Auf die richtige Rohrführung achten

Um Wärmeverluste so weit als möglich begrenzen zu können, benötigen nach oben oder seitlich wegführende Speicheranschlüsse bereits in der Rohrleitungsführung eine „hydraulische Sperre“ gegen Wärmeverluste. Nach oben abführende Leitungen sollten nur für die nötige Anbindestrecke an die Verteilleitung senkrecht verlaufen. Seitlich abgehende Anschlüsse sollten mit Rohrleitungsformteilen einen Z-förmigen Anschluss nach unten erhalten. Dies ist zwar installationstechnisch etwas aufwendiger, unterbindet aber eine Rohrzirkulation am seitlichen Abgang.

Bei Warmwasser mit Zirkulation und nach oben abgehenden Speicheranschlüssen muss verhindert werden, dass in diesem Ringleitungssystem von Warmwasserverteilung und Zirkulation eine selbsttätige Schwerkraftzirkulation eintritt, die zu einer allmählichen Speicherauskühlung führt. In der Praxis wird dies durch einen sogenannten Thermosiphon gelöst. Hierzu wird die Rohrleitung vom Warmwasseraustritt zunächst senkrecht nach unten geführt. Empfohlen wird eine senkrechte Rohrlänge mit dem acht- bis zehnfachen des Rohrdurchmessers.