Pufferspeicher in Heizungsanlagen

Pufferspeicher werden als großvolumige Wärmeakkus in Heizungs- und Solaranlagen genutzt. Im Gegensatz zum Speicher für Warmwasser (Brauchwarmwasser bzw. erwärmtes Trinkwasser), bevorratet ein Pufferspeicher also Heizungswasser zur Zwischenspeicherung (Pufferung) von Wärme. Er gleicht somit das meist zeitliche Missverhältnis zwischen Wärmeangebot und Bedarf aus. So sorgt ein Pufferspeicher für lange Laufzeiten von Wärmepumpen, Heizkesseln und Solarthermieanlagen. Pufferspeicher in Heizungsanlagen mit Wärmepumpe werden auch benötigt, um Sperrzeiten für die Lieferung von Strom für Wärmepumpen zu überbrücken. Ein Pufferspeicher kann auch dazu dienen, überschüssigen Solarstrom in Form von Wärme einzulagern, wenn der Stromverkauf keinen Sinn macht. Mit Hilfe von Pufferspeicher kann auch die Warmwasserbereitung erfolgen. Dazu sind z.B. im Inneren des Pufferspeichers großflächige Wärmetauscher eingebaut, die von Trinkwasser durchströmt werden. Bei einer anderen Variante steckt im Pufferspeicher ein integrierter Warmwasserspeicher.

Während Warmwasserspeicher hohe Anforderungen an den Korrosionsschutz des Speichermaterials stellen, reicht bei einem mit Heizwasser befüllten Pufferspeicher einfacher Kesselstahl, da der Speicher nicht ständig von Neuem mit sauerstoffreichem Kaltwasser konfrontiert wird. Auch die Druckbelastung (Systemdruck einer Heizungsanlage max. 3 bar) ist nicht so hoch wie bei Trinkwasserspeichern (6 bar). Eine Opfer- oder Fremdstromanode zum Korrosionsschutz wird nicht benötigt. Allerdings muss die Wärmedämmung des Pufferspeichers und deren Ausführung - wie bei Warmwasserspeichern auch - optimal sein, will man kostbare Energie nicht nutzlos verlieren.

Für zahlreiche Anwendungsfälle ist die Nutzung eines Pufferspeichers unumgänglich.

Bei Holzheizungen z.B. ist ein Pufferspeicher erforderlich, da die Leistungsregelung nicht so optimal funktioniert wie z.B. bei einem Gas-Brennwertkessel. Wegen der großen Wassermenge des Pufferspeichers kann so ein schadstoffarmer, ungedrosselter Abbrand von Stückholz oder Pellets erreicht werden. Der Rußanfall bei der Verbrennung reduziert sich, die Heizungsanlage überhitzt sich nicht. Der Wirkungsgrad kann sich erheblich verbessern. Insbesondere im noch kalten Zustand sind die Abgaswerte einer Holzheizung nicht optimal. Der Pufferspeicher ermöglicht eine längere Befeuerungsdauer so dass sich die Zeiten mit unvollständiger Verbrennung verringern. Für Holzheizungen ohne Lambda-Regelung rechnet man mit einem Puffervolumen zwischen 60 und 100 Litern pro kW Leistung des Kessels.

Auch bei Solarwärmeanlagen mit Heizungsunterstützung ist ein Pufferspeicher erforderlich. Hier wird die Wärme gepuffert, die bei einer Solaranlage über die Mittagsstunden anfällt, aber erst am Abend benötigt wird.

Notwendig wird in der Regel ein Pufferspeicher auch bei einer Heizungsanlage mit Wärmepumpe. Einerseits können dadurch bestimmte Sperrzeiten der Stromversorgung überbrückt werden. Andererseits wird bei einigen Wärmepumpenanlagen eine Leistungszahlverbesserung der Pumpe erzielt, insbesondere wenn es um die Warmwasserbereitung geht. Auch Wärmepumpen mit einer Leistungsregelung profitieren von einem Pufferspeicher durch verringertes Takten, da ein bestimmte Mindestleistung nicht unterschritten werden kann.

Vorteile ergeben sich auch bei Kesseln mit einstufigen Öl- und Gasbrennern. Mit Hilfe von Pufferspeichern erreicht man hier eine längere Brennerlaufzeit. Die Takthäufigkeit (Start- und Abschaltphase) des Brenners verringert sich. In der Folge sinken gegenüber herkömmlich betriebenen Brennern die Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Stickstoffoxiden (NOx) und Kohlenmonoxid (CO). Durch die Verringerung der Ein-/Aus-Zyklen des Heiz-Kessels kann sich die Lebensdauer der am Schaltprozess beteiligten Steuer- und Sicherheitsbaugruppen verlängern.

Pufferspeicher sind erforderlich, wenn verschiedene Wärmerzeuger eingebunden werden sollen. So kann eine Heizungsanlage mit Wärmepumpe durch einen Gas-Brennwertkessel oder/und eine solarthermische Anlage (Hybridheizung) ergänzt werden. Durch einen weiteren Wärmetauscher im unteren Teil des Pufferspeichers kann auch thermische Solarenergie eingespeist werden (anderes Medium mit Frostschutzmittel).

Nachteile Den o.g. Vorteilen stehen auch Nachteile gegenüber:

• Der Einsatz von Pufferspeichern erhöht den finanziellen Aufwand beträchtlich.
• Die Anlage wird komplizierter und damit störanfälliger.
• Die Wärmeverluste durch die größere, Wärme abgebende Oberfläche erhöhen sich.

#Pufferspeicher mit integrierter Warmwasserbereitung

Pufferspeicher in einer speziellen Variante dienen sowohl der Heizwasserpufferung als auch der Warmwasserbereitung mittels innen liegendem Brauchwarmwasserspeicher (Blase). Immer frisch erwärmtes Trinkwarmwasser steht bei Pufferspeichern mit innen liegenden Durchflusswärmetauschern zur Verfügung. Anti-Legionellen-Schaltungen (spezielle Aufheizzyklen) können hier entfallen. Vorteile bringt diese Variante bei geringem Platzangebot.

Nachteilig wirkt sich die erforderliche höhere Temperatur im Pufferspeicher auf den Nutzungsgrad (Wärmepumpe, Solarthermie) aus. Außerdem ist die Zapfleistung begrenzt, da die Geschwindigkeit des durchlaufenden Wassers wegen begrenzter Wärmeübergabe des Durchflusswärmetauschers nicht beliebig erhöht werden kann (Temperaturkonstanz).

Für Brennwerttechnik (Gas oder Öl), Wärmepumpen und Flächenheizungssysteme mit solarer Heizungsunterstützung sind Pufferspeicher der Bauart mit integrierter Warmwasserbereitung nicht zu empfehlen. Diese Lösung ist thermisch ungünstig, da der Pufferspeicher als indirekt beladener Speicher immer nur geringe Temperaturunterschiede zwischen oben und unten aufweist. Zwei Speicher-Lösungen mit Puffer-Schichtenspeicher und Trink-Warmwasserspeicher sind sinnvoller. Dadurch kann ein höher temperierter kleiner Trinkwasserspeicher sowie ein großvolumiger Heizungspufferspeicher für das niedrige Temperaturniveau der Heizung eingesetzt werden. Der hohe anlagentechnischen Aufwand für Zwei-Speicher-Systeme führt jedoch auch zu höheren Kosten und einer höheren Anlagen-Fehlerquote.