WISSENSDATENBANK
Wärme-Hamster mit Wärme­pumpe und Solarthermie

Fragen zu Wärmespeicher und dessen möglichen Ausbaustufen

Was sind Wärmespeicher?

Wärmespeicher sind Einrichtungen zur Speicherung von thermischer Energie. „Heiße Steine“ sind seit Jahr­tausenden eine der einfachsten Formen.
Warum speichern?
Vorrat schaffen („hamstern“)
Zeiten überbrücken (Angebot/Bedarf)

Wie geht das?

Am einfachsten mit Wasser in einem gut isolierten Behälter. Wasser hat eine gute Wärme­speicher­kapazität, ist umweltfreundlich und überall preiswert verfügbar. Das Speicher­wasser wird durch eine Energie­quelle erwärmt, wenn Energie günstig verfügbar ist, erwärmt aufbewahrt und dann abgerufen, wenn es Heizung oder Dusche benötigen.

Je nach Anwendung und Aus­stattung spricht man vom:

• Trinkwarmwasserspeicher (bevorratet erwärmtes Trinkwasser)
• Hygienespeicher = Trinkwarmwasserbereiter im „Durch­lauferhitzer­betrieb“
• Pufferspeicher als einfachste Form der Heizungs­unter­stützung
• Kombispeicher, der die Wärme­energie sowohl für die Heizung „puffert“ als auch für die gleichzeitige Trink­wasser­erwärmung
• Schichten-Kombispeicher (nutzen unter­schiedliche Temperatur­schichten des Wassers aufgrund unterschiedlicher Dichte und sind so besonders effizient)

Die Heizungstechnik kennt auch Latentspeicher. Diese Speicher nutzen die Änderung des Aggregat­zustandes –meist von fest nach flüssig und umgekehrt. Bei diesem Phasen­übergang wird sehr viel Energie gespeichert oder frei. Eine Variante ist der Eisspeicher mit dem Speichermedium Wasser. Andere verwenden Salze, Paraffine oder spezielle Gele. Der größere Nutzen eines Latentspeichers muss z. Z. aber auch mit einem ungleich höheren anlagen­technischen Aufwand erkauft werden. Aktuell forschen wir mit der Fachhoch­schule Mittweida an einem Latent­modul für den Wärme-Hamster.

Wie groß muss (sollte) ein Wärmespeicher sein?

In den meisten Fällen macht ein Kombispeicher mit integrierter Trink­wasser­erwärmung Sinn. Die Empfehlung der HeizungsBranche inkl. Förder­geldgebern orientiert sich am Minimum des erforder­lichen Speicher­volumens.

Hauptargumente für dieses Minimum sind:

• Anschaffungskosten (kleine Stahlspeicher sind Massen­ware mit hoher Hersteller­rendite)
• Einbring­bedingungen (schmale Türen, enge Treppen) und
• Der Platzbedarf.

Das Ergebnis ist dann ein 750-l, bestenfalls mal ein 1.000-l-Speicher.
Platzbedarf ist das einzig akzeptable Argument für die kleinen Wärme­speicher. Und selbst dann, wenn im Haus kein Platz ist, bleiben Garage, Carport und weitere clevere Ideen. Für das Problem der Einbringung gibt es den Wärme-Hamster, der in Einzel­teilen geliefert erst am Auf­stellort montiert wird.
So passt z. B. auch ein 5.000-l-Speicher durch eine 50cm breite Tür! --- Geht nicht –gibt’s nicht! ---
Der Nutzen eines größeren Wärme­speichers durch deutlich größere Einsparungen im Betrieb über Jahr­zehnte, die höhere Lebens­dauer der Wärmepumpe und die Chance, künftig weitere Energie­erzeuger einzubinden, gleicht den höheren Anschaff­ungs­preis eines kleinen Wäme­speichers in kürzester Zeit aus, clevere Ideen aus unserer Wissensdeatenbank..

Wenn die Stromindustrie im großen Stil von Wind und Sonne lebt, wird es Situationen mit gleich­zeitig viel Wind und Sonne und dem Billig-Angebot von Strom an den Verbraucher geben. Wohl dem, der dann seinen großen Wärme­speicher günstig laden kann!

Die Wärmepumpe

…arbeitet quasi nach dem Funktions­prinzip eines Kühl­schranks mit dem Unterschied, dass die Abwärme beim Kühl­schrank die Nutzenergie bei der Wärme­pumpe ist.
Die Wärmepumpe ist (bis auf Ausnahmen) eine Stromheizung. Aus einem Teil elektrischer und mehreren Teilen Energie aus der Luft, dem Grund­wasser oder der Erdwärme-Tiefen­bohrung entsteht somit Nutzwärme mit einer Leistungs­zahl von bis zu 5. Entscheidend dabei ist die sogenannte Jahres­arbeitszahl: also die Leistungszahl-Bilanz als Durch­schnitts­wert über ein ganzes Kalender­jahr, denn die Leistung­szahl sinkt bei niedrigen Außen­temperaturen und dem damit verbundenen höheren Wärmebedarf. Die Wärmepumpe kann Temperaturen bis 45°C sehr wirtschaft­lich erzeugen. Für höhere Temperaturen wird meist ein E-Heizstab zugeschaltet. Der kann nur aus 1 Teil Strom 1 knappes Teil Wärme erzeugen. Das geht in Summe dann deutlich zu Lasten der Jahres­arbeitszahl der Anlage.

Bedeutet:

• Für Flächenheizungen / Vorlauftemperatur > 45°C) bestens geeignet.
• Bei Heizkörpern genau untersuchen, wie die Vorlauf­temperatur gesenkt werden kann.

Effizienz und Lebensdauer einer Wärmepumpe werden maßgeblich durch die Betriebs­weise bestimmt. Ständiges Takten durch Ein-und Aus­schalten beansprucht die Wärme­pumpe übermäßig. Da hilft nur ein Wärme­speicher, der die Wärmeerzeugung vom Wärme­verbrauch entkoppelt. So kann die Wärme­pumpe konti­nuierlich arbeiten und muss weniger oft ein- und ausschalten. Bei Luft-/Wasser-Wärmepumpen im Freien hält der Wärme­speicher außerdem die für statt­findende Abtauprozesse benötigte Energie vor.

Solar-Anlage

Es gibt zwei völlig unterschiedliche Solar- also Sonnen-Nutzungs­technologien:

1. Solarthermie:

Solar-Kollektoren fangen die Sonnenenergie ein und erwärmen sofort Wasser zum Heizen und Duschen (Solarthermie). Auf einem Quadratmeter Fläche können Leistungen bis 800 W und Temperaturen bis 100°C und mehr geerntet werden. Es gibt Flach- und die besonders leistungs­starken Vakuum-Röhren­kollektoren.

Vorteile:

• Hohe Leistung auf geringer Kollektorfläche
• Hohe Temperaturen
• Hoher Wirkungsgrad
• Hoher Nutzungsgrad
• Einfache Speicherung
• Echte Unabhängigkeit

2. Photovoltaik PV:

Solarzellen (-module) fangen die Sonnen­energie ein und wandeln sie in Gleich­strom um. Der Wechsel­richter macht daraus nutzbaren Wechselstrom. Gute Solarmodule erzielen bis zu 220 W je Quadratmeter. Das heißt, ich benötige nahezu 4x so viel Fläche für die gleiche Leistunge mit PV-Modulen im Vergleich zu Solar­thermie­kollektoren.

• Strom vielseitig verwertbar
• Leistung schon bei diffusem Licht
• Einfache Leitungsführung (Kabel)
• Einfache Ertragsrechnung
• Strom ist „modern“
• (eingeschränkte) Unabhängig­keit bei Eigen­nutzung

Solar­thermie oder PV – was ist das Richtige für mich?

Solarthermie:

• bei hohem Wärmeenergiebedarf
• bei hohem Warmwasserbedarf
• bei geringer verfügbarer „Dachfläche“
• bei „Sonnenhaus“-Konzept (solare Deckung für Wärme bis…95%)

Photovoltaik PV:

• bei reinem Stromkonzept
• bei geringem Wärmebedarf
• bei ausreichend verfügbarer „Dach­fläche“

Für beide gilt:

• Keine Pauschalantwort: Kann ST, PV oder beides das Richtige sein
• Entscheidend ist UNABHÄNGIGKEIT (und auch „Ich will!“)
• Längerfristig denken + schlüssiges Gesamtkonzept
• Wer nur „schnelle Amortisation“ rechnet, tut besser nix.
• Analyse ➤Konzept ➤Entscheiden

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