Die energieeffiziente Speicherung von Wärmeenergie ist bis heute eine der großen Herausforderungen der Gebäudetechnik. Mit einem guten Schichtspeicher kann man Wärme zwar effizient "aufbewahren", aber nur über relativ kurze Zeit. Könnten wir Wärme langfristig verlustfrei speichern, bräuchten wir keine weitere Energie mehr zum Heizen. Man würde die immensen Wärmeüberschüsse des Sommers für den Winter speichern und könnte dadurch für die Wärmegewinnung auf alle fossilen Energieträger komplett verzichten, sofort. Unsere größten Energieprobleme wären plötzlich gelöst. In extrem gut gedämmten Gebäuden kommen vereinzelt Saisonspeicher1 zum Einsatz oder die Elektrolyse-Technik mit Wasserstoffspeicher2. Das funktioniert schon recht gut, aber auch nicht verlustfrei. Bei großer Dimensionierung können solche Systeme für einen kompletten Winter ausreichen. Dazu müssen aber sehr hohe Anforderungen erfüllt werden. Für Millionen Gebäude im Bestand sind diese Lösungen bisher nicht effizient umsetzbar und zu teuer.
Wir müssen unseren Kunden in der aktuellen Situation Lösungen aufzeigen, die heute bereits verfügbar sind und auch im Gebäudebestand funktionieren. Denn keiner will im Winter frieren. Wir haben dazu die besten Komponenten im Markt gesucht und bewährte technische Lösungen zu hocheffizienten Energiesystemen weiterentwickelt, die von nahezu jedem Hausbesitzer auch tatsächlich genutzt werden können. Dazu gehören u. a. hocheffiziente und trotzdem preiswerte Wärmepumpen, spezielle Schichtspeicher und gegenüber bisherigen Anlagen deutlich verbesserte Wärmeleitsysteme (Hydraulik). Alle Elemente sind exakt aufeinander abgestimmt. Mit diesem bezahlbaren und durch hohe Zuschüsse sogar stark geförderten Gesamtsystem erreichen Sie auch im Winter einen sehr hohen Heizwärme-Autarkiegrad. Jede eingesparte Kilowattstunde entlastet die Umwelt und Ihren Geldbeutel. Mehr Effizienz bedeutet mehr Einsparung, viel Effizienz viel Einsparung für Sie. Dafür arbeiten wir. Den besten Wärmepumpen widmen wir uns in einem eigenen Kapitel, im folgenden Abschnitt erörtern wir die beste Schichtspeicher-Technik. Erfahren Sie hier worauf es wirklich ankommt.
Dazu wollen wir uns mit der allgemein möglichen energieeffizienten Speicherung befassen, die heute bereits jeder nutzen kann. Wärmespeicher in Form effizienter Schichtspeicher mit Inhalten von 800 bis 1.500 Liter Speichervolumen passen in fast jedes Haus und können die Energiebilanz erheblich verbessern. Das Volumen einer Ladung dieser Größe reicht natürlich nicht von Sommer bis Winter. Je nach Anforderung kann aber durchaus der Heizwärmebedarf für einen bis mehrere Tage gedeckt werden. Nicht alleine die Energieeffizienz, sondern auch der mit einem Speicher mögliche Zeitversatz zwischen Gewinnung von Wärme und Abverbrauch3 ist für eine möglichst hohe Unabhängigkeit von fremder (fossiler) Energie von besonderer Bedeutung. Denn klimaneutrale Energie steht nicht immer genau dann zur Verfügung, wenn Energie gebraucht wird. Speicher bauen hier eine wichtige Brücke zwischen Zeiten der Energiegewinnung und des Verbrauchs. Sie können bei jedem Sonnenschein durch die Nutzung von Solaranlagen CO2-frei, klimaneutral, sehr effizient und zudem kostenlos von der Sonne nachgeladen werden. Je besser man Wärme speichert, umso besser werden am Ende Effizienz, Energie- und Kostenbilanz. Hochwertige energieeffiziente Schichtspeicher machen das besonders gut und ermöglichen dabei ganz erhebliche Energieeinsparungen. Warum ist diese hohe Effizienz für ein gutes Heizsystem so wichtig?
Es ist inzwischen wohl Konsens, zukünftig soweit möglich auf fossile Brennstoffe zu verzichten. Das ist bereits heute möglich, denn unsere Umwelt stellt uns auch im Winter genug Energie zu Verfügung. Wir müssen diese nur nutzbar machen. Nehmen wir als Beispiel oberflächennahes Erdreich. Es gefriert in ca. 60 bis 80 cm Tiefe im Winter nicht, da genug Wärme darin gespeichert ist um frostfrei zu bleiben. Mit einem Spaten kämen wir zwar an diese Wärme heran, wir bekommen damit aber keine Wärmeenergie in den Heizkreislauf. Dafür brauchen wir effizientere "Techniken". Dazu gehören moderne, leistungsfähige Wärmepumpen und Speichersysteme. Je effizienter diese sind, umso mehr Energie wird gewonnen. Viele mittelmäßige Heizsysteme benötigen weiterhin Brennstoffe oder viel Strom. Mit entsprechend hoher Effizienz der Komponenten kann auch im Winter eine hohe bis sogar vollständige Energieautarkie gelingen. Wir zeigen Ihnen wie und warum das funktioniert. Dazu sehen wir uns die unterschiedlichen Speichersysteme und bewährten Techniken, insbesondere die von uns untersuchten besten Schichtspeicher unter den folgenden Kapiteln einmal genauer an:
Einfache Speicher dienen als Minimallösung zur unspezifischen Wärme-Pufferung und Vorwärmung in einem Heizsystem. In vielen Fällen wurden diese sogar nur verbaut, damit Öl- und Gasheizungen nicht so oft anspringen, nicht so schnell verrußen und in längeren Zyklen zuverlässiger laufen können. Eine tatsächliche Steigerung der Systemeffizienz bewirkten diese meist nicht. Zur temperaturspezifischen und wesentlich effizienteren Zwischenspeicherung sollte man daher Schichtspeicher verwenden, in denen das Wärmeträgermedium (meist Wasser) nach Temperatur gestaffelt in Schichten ähnlicher oder gleicher Temperatur eingelagert wird. Wärmeenergie kann dadurch ohne größere Vermischung und mit relativ geringen Temperaturverlusten sehr energieeffizient eingelagert und auch wieder auf einem bestimmten Temperaturniveau abgerufen werden. Bei kleinen wie bei großen und den riesigen Saisonspeichern ist die Schichtspeicher-Technik bewährt und ausgereift. Es empfiehlt sich einen Schichtspeicher mit stabiler und verschleißfreier Schichtladetechnik zu verwenden, denn gute Speicher sind teuer und für eine lange Lebensdauer von 30 Jahren und mehr ausgelegt. Je nach Bauart und Anwendung unterscheidet man Heizungs- und Warmwasser-Schichtspeicher, Solar-Schichtspeicher, Wärmepumpen-Schichtspeicher und verschiedene Mischtypen, sowie zur Warmwasserbereitung zwischen Hygieneschichtspeicher, alternativ mit innenliegenden Hygieneboiler, oder immer beliebter mit Frischwasserstation. Wir zeigen und erklären auf dieser Informationsseite die häufigsten und besten Systeme, und die Funktionsweise und Vorteile der Schichtladung.
Schichtspeicher müssen unterschiedlichste Anforderungen erfüllen. Eine kurze Erklärung zur thermischen Dynamik in einem Wärmespeicher:
Warmes Wasser ist je Volumeneinheit betrachtet leichter, kaltes Wasser ist schwerer. Innerhalb eines Behälters steigt warmes Wasser deshalb auf und kaltes Wasser sinkt ab. Das ist allgemein bekannt und soweit nichts Neues. Diese "Thermodynamik" lässt sich nutzen, um Wärmeenergie in einem Speicher sehr effizient nach Temperatur zu schichten, allerdings mit Einschränkung! Beim Einströmen des erwärmten Wassers in den klassischen Pufferspeicher durchmischt es sich aufgrund seiner Bewegung zunächst mit dem kälteren Speicherwasser und nimmt eine kältere Mischtemperatur an. Genau hier liegt eines der Hauptprobleme. Denn wenn man 100°C heißes, kochendes Wasser mit der gleichen Menge kaltem Wasser von etwa 10°C Zapftemperatur aus der Wasserleitung vermischt, erhält man anschließend ein Gemisch mit ca. 55°C. Bei dieser Mischtemperatur wäre das im klassischen Wärmespeicher noch kein Problem, denn 55°C reichen für die Nutzung als heißes Brauchwasser in der Regel noch aus.
Anders verhält es sich bei einer Heizung oder Wärmepumpe, die möglichst effizient arbeiten soll und dazu für Brauchwasser nur die übliche Temperatur von 48° - 55°C erzeugt. Würde das erwärmte Wasser von Heizkessel oder Wärmepumpe nun einfach in den kälteren Speicher hineingepumpt, würde es sich mit dem Speicherwasser vermischen und abkühlen. Zur direkten Bereitung von Brauchwasser wäre es durch die Mischung zu kalt und der Wärmeerzeuger müsste solange nachheizen, bis der Speicher insgesamt ein großes Volumen auf die erforderliche Temperatur aufgeheizt hat. Das ist nicht effizient.
Effizienter wäre es, einen geeigneten "Schichtspeicher" im oberen Bereich mit der Zieltemperatur zu beladen, der die Wärme ohne Durchmischung und ohne Temperaturverlust störungsfrei oben einlagern kann. Genau zu diesem Zweck wurden hocheffiziente Schichtspeicher mit Schichtladeeinrichtung entwickelt.
Beim Beladen strömt Wasser vom Wärmeerzeuger in den Pufferspeicher ein (Bild links). Durch die Wasserströmung und Durchmischung wird der Pufferspeicher relativ gleichmäßig erwärmt. Die Temperatur steigt langsam an und erreicht erst bei Volladung die vom Wärmeerzeuger bereitgestellte Temperatur. Kleine Abweichungen sind je nach Position der am Speicher installierten Temperaturfühler möglich, die bei Erreichen einer festgelegten Zieltemperatur den Wärmeerzeuger abschalten. Ein speziell und sofort nutzbarer Hochtemperaturbereich für Brauchwasser bildet sich nicht aus.
Beim Schichtspeicher (Bild rechts) wird die Wärme ohne Durchmischung von oben nach unten abfallend geschichtet. Die Brauchwasserbereitung ist fast sofort möglich ohne große Speicherladung. Damit lässt sich sehr viel Energie einsparen. Schichtspeicher machen sich deshalb schnell bezahlt, besonders bei den aktuell hohen, evtl. weiter steigenden Energiekosten.
Weiter verbreitet als Schichtspeicher waren in den letzten Jahren die günstigeren Pufferspeicher mit einem bis zu drei Wärmetauschern. Die Top-Version darunter war der Hygienespeicher für Heizung und Warmwasser mit unterstützender Solarthermie. Bei dieser Speicherversion mit 3 Wärmetauschern (kurz "WT") wird das heiße Wasser vom Wärmeerzeuger in den Spiralwärmetauscher am oberen Ende des Speichers eingeführt. Es durchläuft dabei den Wärmetauscher in einem geschlossenen Kreislauf und erhitzt das Umgebungswasser im oberen Speicherbereich. Es kommt nicht direkt mit dem Speicherinhalt in Berührung, erzeugt zunächst keine Strömung und es kommt nicht zur Durchmischung mit dem Speicherwasser. Sobald der Speicher oben die Temperatur des Heißwassers vom Wärmeerzeuger angenommen hat, kann im oberen WT keine weitere Wärme mehr an den Speicher übergehen und der Wärmeerzeuger schaltet sich ab. Da heißes Wasser aufsteigt, bleibt das erhitzte Wasser im oberen Speicherteil. Eine gute thermische Schichtung ist im oberen Bereich des Speichers möglich. Warmwasser kann auch hier nach etwas Wartezeit noch "relativ schnell" bereitet werden.
Bei einem Hygienespeicher befindet sich im oberen Speicherbereich ein zusätzlicher Wärmetauscher, wegen Trinkwasserhygiene in der Regel als Edelstahl-Wellrohr ausgeführt. Dessen Kaltwasserzuführung befindet sich am tendenziell "kalten" unteren Speicherende oder im Speicherboden. Für eine effizientere Wärmeübertragung und mehr Leistung kann sich dieser Wärmetauscher auch über die gesamte Innenhöhe des Hygienespeichers erstrecken. Weit oben im Speicher oder am Speicherdeckel führt der Warmwasserauslauf aus dem heißesten Teil des Speichers zum Anschluss an die Warmwasserleitung. Das Wellrohr ist leicht biegsam und kann daher sehr gut als innere Spirale in den Hygienespeicher eingebaut werden. Durch das gewellte Rohr wird das zu erhitzende Frischwasser im Rohr verwirbelt, was zwar einen höheren Duchflusswiderstand erzeugt, aber dadurch auch mehr Wärme an das durchströmende Wasser überträgt. Der höhere Widerstand ist insofern wenig bedeutend, da das Frischwasser vom Wasserversorger mit einem recht hohen Druck angeliefert wird, der den Durchflusswiderstand problemlos überwindet. In der Praxis bemerkt man den Widerstand am üblichen Unterschied zwischen Kaltwasserfluss und Warmwasserfluss am Wasserhahn. Warmwasser fließt in aller Regel etwas langsamer als Kaltwasser und weniger stark. Das kann zwar auch andere Ursachen haben, ein Hygienespeicher trägt aber sicherlich dazu bei.
Der untere der beiden Wärmequellen-Wärmetauscher dient in der Regel der Übertragung der Sonnenenergie vom thermischen Solarkollektor in den Wärmespeicher. Er bildet ebenfalls einen geschlossenen Kreislauf, da sich die übliche Solarflüssigkeit nicht mit dem Speicherwasser vermischen darf (Ausnahme Drainback-Systeme und Reinwasser-Solaranlagen). Sobald die Solarsteuerung bei Sonne zwischen dem unteren Speicherfühler und dem Kollektorfühler eine ausreichende Temperaturdifferenz feststellt, also der Kollektor deutlich wärmer ist als der untere Speicherbereich, wird die Solarpumpe eingeschaltet. Die wärmere Solarflüssigkeit des Kollektors erwärmt dann über den unteren Wärmetauscher den Speicher im unteren Teil. Je wärmer das Wasser unten wird, umso mehr kommt es im Speicher in Bewegung und steigt auf. Dadurch vermischen sich die Schichten im Speicher. Im Sommer ist die Temperatur am Kollektor oft so hoch, dass der Speicher sich von unten stark erwärmt und das heiße Speicherwasser bis ganz nach oben aufsteigt. Dann schadet die Durchmischung aber nicht, denn wenn genug Wärme durch die Sonne erzeugt wird, kommt es auf ein bisschen weniger Effizienz nicht an. Der Wärmeerzeuger wird dann ohnehin nicht gebraucht und bleibt ausgeschaltet. Das kann bei einer ordentlichen Solaranlage von Frühsommer bis in den Herbst durchgehend der Fall sein.
Bis hierher klingt das alles logisch, sinnvoll und effizient und das ist es im Sommer natürlich auch, vor allem da die Sonnenenergie kein CO2 erzeugt und kostenlos genutzt werden kann.
Anders sieht das in der Übergangszeit aus und im Winter. Bei einer "starren" Anbindung der Wärmequellen kommt es bei geringeren Temperaturen leicht zu Ineffizienzen und zur Verschwendung nicht direkt nutzbarer Wärmeenergie. Das ist gerade dann der Fall, wenn man in Herbst, Winter und Frühjahr jedes bisschen Wärme gut gebrauchen könnte, um Heizenergie einzusparen. Wo genau liegt das Problem?
Im Winter scheint die Sonne kürzer und weniger intensiv, weshalb die solaren Erträge geringer sind und der Solarkollektor auf dem Dach möglicherweise nur geringere Temperaturen bereitstellen kann. Auch diese etwas geringer temperierte Energie würde sich nutzen lassen, wenn man sie effizient in das Heizungssystem einspeisen kann. Vakuumkollektoren sind hier übrigens im Vorteil, da diese gegen die im Winter kältere Umgebungsluft gut isolieren und auch bei kalter Aussentemperatur höhere Wärmeleistungen erbringen.
Solarwärme mit 40°C von der Solaranlage
Nehmen wir für ein anschauliches Beispiel einmal an, die Solaranlage kann eine Temperatur von 40°C liefern. Der Speicher hat im unteren Bereich - weil er abgekühlt ist oder viel Warmwasser verbraucht wurde - nur ca. 15°C. Dann würde die Solaranlage nun den Speicher im unteren Bereich langsam erwärmen. Das 40°C warme Wasser gibt seine Wärme kontinuierlich an das Speicherwasser ab und erwärmt dieses langsam auf 20°C, dann 25°C und es könnte theoretisch so weitergehen. Jedoch wird die Sonne dann von einer geschlossenen Wolkendecke verdeckt und die Kollektoren kühlen wieder ab. Dann ist der Speicher zwar auf 25°C "angewärmt" bzw. vorgewärmt, mehr aber auch nicht. Der Speicher würde über Nacht wieder einen Teil dieser Energie verlieren, denn sie ist nicht nutzbar. Für Warmwasser ist das viel zu kalt und zum Heizen reichen 25°C auch nicht.
Anders wäre es, wenn diese Temperatur vom Kollektor mit 40°C über einen Schichtlade-Wärmetauscher aus der Solarflüssigkeit an eine in etwa gleiche Menge Speicherwasser übertragen wird, und der Speicher dieses durch thermodynamische Schichtung genau auf der Höhe im Speicher einlagert, die dieser Temperatur entspricht. Dann wäre während der Dauer der solaren Energiegewinnung 40°C warmes Wasser mit minimalem Temperaturverlust im Speicher eingelagert worden. In einem Haus mit Flächenheizung wäre das bereits ausreichend, um (abhängig von der Größe des Heizkreises) je nach Volumenstrom und Temperaturspreizung im Heizkreis vermutlich mehrere Stunden mit 35°C Vorlauftemperatur zu heizen. Bei großen Kollektorflächen wäre die Temperatur höher und die gewonnene Energie würde entsprechend länger zum Beheizen ausreichen. Im Allgemeinen spricht man von etwa 20% der Heizkosten, die sich mit einem "normalen" heizungsunterstützenden Solarsystem einsparen lassen. Bei einem wirklich guten Schichtspeicher sprechen Fachleute (abhängig vom Energiebedarf und technischen Standard des Hauses) von 30% - 45% Heizkostenersparnis. Der eine oder andere mag nun denken, "ob sich das wohl lohnt?" Denn gute Schichtspeicher kosten in etwa das Doppelte gegenüber den einfachen Kombi-Speichern und das sollte sich natürlich möglichst schnell amortisieren.
Ganz anders ist das aber beim Heizen mit einer Wärmepumpe. Denn Wärmepumpen erwärmen den Speicher meist nur auf höchstens 48 - 50°C für Brauchwasser, und 35°C für die Heizung. Da sie bei höheren Temperaturen (als nötig) weniger effizient sind, heizt man nur bei großen Stromüberschüssen weiter hoch. Bei der Nutzung einer Wärmepumpe sind die niedrigeren Temperaturen der Solaranlage auch im Winter schon sehr nahe an den Zieltemperaturen oder übertreffen diese sogar, sodass dieser Wärmeertrag im Verhältnis einen höheren Anteil ausmacht und schon ein relativ großer Teil dessen sein kann, was im Speicher gebraucht wird. Der Schichtspeicher ermöglicht es hier, die Wärmeenergie mit dieser Temperatur optimal einzulagern und später soviel wie möglich auf nutzbarem Niveau direkt verbrauchen zu können. Mit dem Schichtspeicher und der richtigen Schichtladung bleibt die Wärmepumpe länger ausgeschaltet und man verbraucht insgesamt weniger Energie.
Unsere Konzepte für weitgehende Energieautarkie auch im Winter enthalten eine Empfehlung zu sehr effizienten Schichtspeichern. Genauso binden wir aber (gute) Wärmespeicher mit ein, wenn diese bereits vorhanden und nicht veraltet oder korrodiert sind. Trotzdem steigen viele Kunden früher oder später auf den wesentlich effizienteren Schichtspeicher um. Denn die modernen Anlagensteuerungen zeigen die Erträge, die Energiepotenziale (auch wenn nicht ausgeschöpft) und die Energieverbräuche in Echtzeit auf und erlauben zahlreiche Analysen und Simulationen. So kann man auch als Nutzer feststellen, an welchen Stellen sich weiteres Verbesserungspotenzial bietet. Mit einem Schichtspeicher lässt sich häufig großes Einsparpotenzial erschließen.
Der Schichtspeicher macht auch Wärmeenergie mit niederer Temperatur nutzbar und erhöht die Effizienz einer Heizungsanlage erheblich. Durch die aktuell noch hohe Förderung erhalten Sie einen hohen Zuschuss bei der Anschaffung, während Sie die Energiekosten für die nächsten Jahre alleine bezahlen. Errechnen Sie mit uns Ihr persönliches Einsparpotenzial!
Bei diesem Schichtspeicher wird das Wasser des Wärmeerzeugers von einer Umwälzpumpe bewegt und würde im Normalfall entweder einen fest montierten Wärmetauscher durchlaufen, oder wie im Beispiel des Pufferspeichers frei in den Speicher einströmen. Das Speicherwasser würde verwirbelt und durchmischt. Bei dem hier abgebildeten speziellen Schichtspeicher strömt es ebenfalls in den Speicher. Damit es die Schichtung nicht verwirbelt, sich nicht mit kälterem Speicherwasser mischt und abkühlt, wird es an Prallblechen abgebremst. Es beruhigt sich in einer Art Vorkammer und wird von einer sogenannten "Hydraulischen Weiche" auf den richtigen Weg zur thermisch passenden Temperaturschicht geleitet. Dadurch kommt es trotz dem etwas höheren Volumenstrom vom Wärmeerzeuger nicht zur schädlichen Durchmischung des Schichtspeichers und nicht zu dadurch bedingten Temperaturverlusten. Am Prallblech tritt auch der Vorlauf für den Heizkreis ein, sodass bei gegebenem Heizbedarf das erwärmte Wasser direkt dem Heizkreis zufließen kann, ohne erst eingelagert werden zu müssen. Insgesamt eine technisch sehr gut durchdachte Ausführung mit sehr hoher Effizienz. Das ist aber noch nicht alles.
Dieser Schichtspeicher schichtet sogar die Wärmeenergie der Solaranlage im Speicher optimal ein. In einem speziell geformten Schichtladerohr ist am unteren Ende ein hocheffizienter Solarwärmetauscher installiert, der nur das Speicherwasser im Schichtladerohr erwärmt. Ähnlich wie Rauch in einem Kamin strömt das erwärmte leichtere Speicherwasser durch sein geringeres Gewicht im Schichtladerohr nach oben, ohne das Speicherwasser außenherum zu beeinflussen. Es tritt aufgrund seiner Temperatur und dem Gewichtsunterschied (Dichte) am oberen Ende des Schichtladers aus und steigt (sinkt) von dort bis es die Speicherschicht mit derselben Temperatur erreicht. Dort angekommen kann es wegen seiner eigenen Temperatur und Dichte nicht mehr weiter auf- oder absteigen und lagert sich in diese Schicht des Schichtspeichers ein. Die alleine durch unterschiedliche Dichte erzeugte geringe Strömungsgeschwindigkeit löst nahezu keine Verwirbelung im Schichtspeicher aus. Die Schichtung bleibt weitgehend ideal. Kälteres Speicherwasser strömt von unten in das Schichtladerohr nach und wird wie zuvor erwärmt. Der Vorgang läuft kontinuierlich weiter, solange solare Energie von außen zugeführt wird.
Jeder moderne Wärmespeicher und jeder Schichtspeicher wird bereits werksseitig mit einer guten Dämmung ausgestattet. Diese wirkt Energieverlusten entgegen und kann diese auf ein akzeptables Niveau von in der Regel 2 - 4 kWh pro Tag reduzieren. Nicht isolierte Wärmespeicher würden ein hohes Vielfaches davon verlieren. Bei der Bewertung von Energieeffizienzklassen der Wärmespeicher wird v. a. der Wärmeverlust durch die Isolierung im Stillstand gemessen. Entsprechend wird in Energieeffizienz-Klassen unterteilt. Große Wärmespeicher aller Arten mit deren großer Oberfläche verlieren natürlich mehr Energie als z. B. die kleinen "Untertischgeräte" mit 15 Litern Inhalt. Fast alle Puffer-, Wärme- oder Schichtspeicher mit 100 - 120 mm Isoliermantel erreichen deshalb nur die Effizienzklasse C oder bei kleinen Speichern auch einmal eine Klasse B. Die effizientere Schichtladung wird im Standard-Verfahren nicht bewertet und geht in die Benotung nicht ein. Ein reiner Pufferspeicher ohne Schichtladung könnte mit einer dickeren Isolierung theoretische eine Klasse A erreichen, während der perfekte Schichtspeicher mit seiner serienmäßigen Dämmung über C nicht hinauskommt, möglicherweise aber 20% bis 40% Energiekosten einspart. Auch ein paar weitere "Highlights" werden im Laborprüfstand nicht erfasst. Deshalb ist alleine das Energie-Label nicht immer entscheidend. Es kommt auf die bessere Schichttechnik und die Feinheiten an.
Wie bereits erörtert steigt warmes Wasser aufgrund geringerer Dichte auf und kaltes ab. Das kann man sich auch bei der Warmwasserbereitung und der Speicheranbindung an das Wärmenetz im Haus zu Nutzen machen. Die Abbildung links zeigt bei den Speicheranschlüssen nach außen zwei unterschiedliche Bauweisen. Der gerade Anschluss entspricht dem Standard bei über 99% aller Wärmespeicher. Mit dem fast einzigartigen, nach unten geneigten Speicheranschluss verliert der Schichtspeicher weniger Energie, da das wärmere Speicherwasser nicht im Anschlussrohr nach unten fließen will, sondern aufrund geringerer Dichte nach oben. Wird Wärme angefordert, überwindet die Umwälzpumpe diese "kleine Hürde" ohne Mühe und leitet das Heizungswasser dahin wo es gebraucht wird. Von alleine "entleert" sich der Schichtspeicher aber nicht, da sich das Speicherwasser selbst am Auslaufen in die kälteren Anbindungsrohre hindert. Eine sehr clevere Lösung!
Wird ein Gebäude zeitgemäß mit moderner Wärmepumpe und Solarstrom beheizt, stellen sich an den Wärmespeicher andere Anforderungen als bei einem klassischen Wärmeerzeuger und Solarthermie. Wärmepumpen laufen in dieser Konstellation bevorzugt mit Eigenstrom wenn die Sonne scheint und nutzen dabei die dann meist auch höheren Umwelttemperaturen. Oft wird in diesen effizienten Phasen mehr Energie erzeugt als gerade nötig, die für energetisch ungünstigere Zeiten gespeichert werden kann.
Anders als bei der Solarthermie stellen Wärmepumpen nur 2 Temperaturen bereit. Die Brauchwassertemperatur ist immer die selbe, die Heizungswassertemperatur unterliegt je nach eingestellter Heizkurve innerhalb bestimmter Zeitperioden nur geringen Schwankungen. Im Schichtspeicher bilden sich deshalb nur wenige, meist 3 grob unterscheidbare Temperaturzonen aus. Dadurch kann die Wärmeleitung und Speicherung anders gestaltet werden als bei einem Schichtspeicher mit beliebig vielen, nicht vorhersehbaren einzuschichtenden Temperaturen.
Im Inneren eines Wärmepumpen-Schichtspeichers werden von den meisten guten Herstellern Trennbleche angeordnet, zwischen denen das erwärmte Wasser einströmt und zunächst abgebremst und "beruhigt" wird. So kann es sich thermisch austarieren und von dort temperaturabhängig in den oberen oder unteren Speicherbereich steigen. Es lagert sich dadurch eigenständig in der Zone gleicher Temperatur ein. Durch die wesentlich einfacheren Einbauten ohne Wärmetauscher sind Wärmepumpen-Schichtspeicher deutlich günstiger als andere gute Schichtspeicher. Wird zusätzlich zur Wärmepumpe auch Solarthermie in das System eingebunden, unterscheidet man zwischen der Einspeisung über eine Solarstation am Verteilerbalken in den primären Wärmekreislauf und darüber in den Speicher, oder eine zusätzliche Wärmetauscher-Variante. Wir haben für beide Möglichkeiten gute Lösungen, die besonders bei Flächenheizungen die Gesamteffizienz noch einmal deutlich erhöhen.
Wärmespeicher können von Sonnenkollektoren oder von einer Wärmepumpe erzeugte Wärmeenergie einlagern und bis zum Verbrauch bevorraten. Dadurch kann Sonnenenergie geerntet werden, solange die Sonne scheint und abverbraucht werden, wenn sie untergegangen oder das Wetter schlechter geworden ist. Solange dieser Vorrat reicht, braucht man keine fossilen Energieträger und keine Fremdenergie. Eine Wärmepumpe kann bevorzugt dann Wärmeenergie erzeugen, wenn die Sonne eigenen Strom zur Verfügung stellt und die Bedingungen der Umweltenergie günstig sind. Im Rahmen seiner Kapazität lagert der Speicher diese Wärmeenergien ein bis sie gebraucht werden. Schichtspeicher können Wärmeenergie wesentlich effizienter einlagern und besser bevorraten als die einfacheren Kombi-Speicher. Sie machen mit normalen, verschleißfreien Techniken nicht verwertbare Wärme nutzbar und erhöhen damit die Effizienz und Unabhängigkeit vom fremder Energiezufuhr. In den Übergangszeiten ist der Nutzten besonders hoch, mit Solarthermie sogar im Winter.
Schichtspeicher lohnen sich!
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