Drucklose Pufferspeicher

Pufferspeicher: zentraler Bestandteil moderner Heizungen. Ihr Einsatzgebiet: Unterstützung der Heizung und der Erwärmung des Trinkwassers. Pufferspeicher gibt es in zwei Bauarten: Druckspeicher und drucklose Speicher. Drucklose Pufferspeichersysteme gibt es etwa von IVT unter dem Namen „Latento“. Der Artikel beschreibt die Funktionen, erklärt die beiden Bauarten und zeigt die Vorteile von Pufferspeichern.

Was sind Pufferspeicher?

Die Anforderung an moderne Heizungsanlagen ist, dass sie mit fossilen und regenerativen Energieträgern wie Solarthermie, Pelletheiztechnik oder Wärmepumpen kompatibel sind. Eine zentrale Komponente bildet hierbei der Pufferspeicher.

Dieser hat im Heizsystem die Aufgabe, Wärme aufzunehmen, möglichst verlustarm zu speichern und mit dem geforderten Temperaturniveau an die Verbraucher abzugeben.

In Verbindung mit Wärmeerzeugern wie Pellet-/Biomasseheizkesseln, Wärmepumpen und Klein-BHKW ist die Aufgabe des Pufferspeichers außerdem, die Taktung der Wärmeerzeuger zu minimieren.

Solarwärmeanlagen benötigen Pufferspeicher, um die gewonnene Solarwärme zu bevorraten und bei Bedarf für die Heizungsunterstützung und Trinkwassererwärmung abzugeben.

Ein Hauptmerkmal der Wirkungsweise von effizienten Pufferspeichern ist, dass eine temperaturabhängige Schichtladung erfolgt. Durch das Prinzip der Schichtladung steht im oberen Speicherbereich schnell Nutztemperatur zur Verfügung, ohne erst den gesamten Speicherinhalt aufheizen zu müssen.

Zwei Bauarten mit unterschiedlichen Funktionsweisen

Zwei grundlegende Bauarten von Pufferspeichern sind:

• Druckspeicher, gefertigt als Stahlbehälter mit Korrosionsschutz im Speicherinneren und einer äußeren Speicherdämmung,

• drucklose Pufferspeicher, die komplett aus Kunststoff gefertigt werden und zusätzlich von einer Dämmhülle umgeben sind.

Die Bauarten von Pufferspeichern unterscheiden sich in ihrer Funktion:

• als reiner Energiespeicher für die Heizung,

• für die Trinkwassererwärmung mittels integriertem Wärmeübertrager, für die Durchfluss-Trinkwassererwärmung oder integriertem Trinkwasserspeicher (Tank im Tank),

• kombinierte Pufferspeicher für Heizung und Trinkwassererwärmung.

Ein allgemeines Konstruktionsmerkmal von Pufferspeichern ist, dass Kaltwasserzulauf und Rücklauf des Heizsystems im Bereich des Speicherbodens angeordnet sind, während die Speicheraustritte für Heizwasser und erwärmtes Trinkwasser im oberen Bereich des Speichers liegen.

Unterschied zwischen drucklosen Pufferspeichern und Druckspeichern

Wird die jeweilige Wirkungsweise von druckbeaufschlagten und drucklosen Pufferspeichern betrachtet, zeigt sich der wesentliche Unterschied in der Nutzung des Speicherinhalts:

Während bei Druckspeichern der Inhalt des Pufferspeichers im gesamten Heizsystem zirkuliert, stellt der Inhalt des drucklosen Pufferspeichers ein unbewegtes Speichermedium dar. Durch den "stehenden" Speicherinhalt können keine Fehlzirkulationen entstehen, die zu einer Durchmischung führen würden. Die Wärmeübergänge bei der Be- und Entladung erfolgen bei drucklosen Speichern über interne Wärmeübertrager mit großen Übertragungsflächen.

Drucklose Pufferspeicher von IVT

Die von IVT entwickelten Pufferspeichersysteme arbeiten drucklos und bestehen aus einer PUR-Hartschaumdämmung mit einem umhüllenden PP-Kunststoffmantel.

Der drucklose Betrieb erlaubt die Herstellung des Behälters aus Kunststoff. Je nach Ausführung werden die Speicher als Solar-Schichtenspeicher (Typ "XXL"), Durchlauf-Trinkwassererwärmer (Typ "XW") oder als reiner Pufferspeicher zur Langzeitwärmespeicherung (Typ "XP") eingesetzt. Der Inhalt der drucklos betriebenen Pufferspeicher zirkuliert nicht im gesamten Heizsystem, sondern dient ausschließlich als Puffervolumen, wodurch ein stabiler Schichtungsaufbau gewährleistet ist.

Die Trinkwassererwärmung erfolgt im Durchflussprinzip über einen Edelstahl-Wärmeübertrager aus Edelstahl-Wellrohr, das eine hohe Wärmeübertragungsleistung ermöglicht.

Speicherwandung mit Dämmeffekt

Der Speicherinhalt der drucklosen Speicher hat keine Verbindung mit der Anlagenhydraulik. Dafür erfordert dieses Prinzip jedoch einen zusätzlichen Wärmeübertrager für die Wärmeübertragung vom Speicherinhalt auf das Heizwasser. Dem Nachteil von Wärmeverlusten durch den zusätzlichen Wärmeübergang stehen jedoch minimale Wärmeverluste im Vergleich zu druckbeaufschlagten Stahlbehälter-Speichern gegenüber.

Durch die PUR-Dämmung und die zusätzliche Dämmwirkung der PP-Behälterwandung minimieren sich die Wärmeverluste des Speichers auf 0,1 K/h, was einer Verlustleistung von 63 W entspricht. Im Vergleich dazu liegt die Verlustleistung eines gut gedämmten Stahlspeichers bei rund 130 W. Diese Differenz an Wärmeverlust kann dem Solarertrag eines kompletten Wintertages oder etwa 40 l Warmwasser entsprechen.

Die Höhe der Wärmeverluste ist für die Auswahl des geeigneten Pufferspeichersystems ein maßgebendes Kriterium. So sollte der Temperaturabfall in einem Solar-Pufferspeicher nach einer Empfehlung der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie e.V. (DGS) über die Nacht nicht mehr als 5 K betragen.

Zusatz-Wärmepolster durch Latentwärme-Speichermaterial

Die Bezeichnung "Latento" erklärt sich durch einen Block aus Latentwärme-Speichermaterial, der auf dem Wasserinhalt schwimmt und als "Speicher-Turbo" dient.

Bei einer Temperatur von etwa 65 °C ändert das Speichermaterial seinen Aggregatzustand von fest auf flüssig. Bei diesem Phasenwechsel nimmt das Speichermaterial zusätzliche Energie auf, die als Latentwärme gespeichert wird. Im oberen Teil des Speichers wird damit zusätzlich Wärme gepuffert. Sinkt die Temperatur des Speicherwassers, wird durch den Phasenwechsel des Latent-Speichermaterials wieder Energie abgegeben.

Einsatzbereiche

Die Einsatzbereiche für die Speicher sind solare Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung für Einfamilienhäuser und einzelne Wohneinheiten.

Mehrere Pufferspeicher zu einer Speicherbatterie

In größeren Anlagen können mehrere Latento-Speicher einfach und platzsparend zu einer Speicherbatterie zusammengeschaltet werden.

Speichertemperatur

Die Vollkunststoffspeicher ermöglichen eine Speichertemperatur bis 85 °C.

Vorteile

Zusammen mit CPC-Vakuumröhrenkollektoren bilden die "Latento"-Speicher ein Solarsystem, das ganzjährig hohe Solarerträge erzielt. Bereits bei mäßiger Sonneneinstrahlung und niedrigen Außentemperaturen lassen sich damit nutzbare Solarerträge erzielen. Darüber hinaus ermöglicht das geringe Gewicht der rechteckigen Speicher eine einfache Einbringung auch bei der Nachrüstung.