Wie ein Wärmespeicher funktioniert

Funktionsprinzip des Wärmespeichers basiert auf der Nutzung der hohen Wärmekapazität von Wasser. Zum Beispiel kann 1 Liter Wasser, der sich um 1°C abkühlt, 1 m³ Luft um 4°C erwärmen.

Die Aufgabe des Wärmespeichers besteht darin, Wärme zu sammeln und für die spätere Nutzung im Heizsystem oder in der Warmwasserversorgung zu speichern. Der Wärmespeicher wird in Systemen eingesetzt, in denen die Spitzen der Wärmeerzeugung nicht mit den Spitzen des Wärmeverbrauchs übereinstimmen. Darüber hinaus kann der Speicher in einem System installiert werden, in dem eine langfristige Erwärmung durch eine Quelle mit geringer Leistung und eine schnelle Abkühlung durch einen Verbraucher mit hoher Leistung erfolgt.

Wärmespeicher werden installiert:

zusammen mit einem Festbrennstoffkessel, der Wärme erzeugt, wenn er angezündet wird, und die gesammelte und im Speicher gespeicherte Wärme kann den ganzen Tag über genutzt werden.
zusammen mit einer Wärmepumpe, um nachts zu einem niedrigen Tarif Wärme zu erzeugen oder an einem warmen sonnigen Tag, wobei die Wärme bis zur nächtlichen oder abendlichen Nutzung gespeichert wird.
zusammen mit einem Solarkollektor, um die während des sonnigen Tages gesammelte Wärme zu speichern und diese am Abend zu nutzen.

Warmwasser ist leichter als kaltes Wasser, daher bleibt im oberen Teil des Speichers immer das heißeste Wasser, während im unteren Teil des Speichers das kältere Wasser verbleibt.

Aus diesem Grund werden Niedertemperatur-Energiequellen (Wärmepumpe und Solarkollektor) normalerweise an den unteren Anschlüssen des Wärmespeichers angeschlossen, und Hochtemperatur-Heatquellen (Gas-, Elektro- oder Festbrennstoffkessel) an den oberen Anschlüssen.

Häufig werden Wärmespeicher in bivalenten Systemen mit zwei Wärmequellen verwendet. In solchen Systemen wird die Niedertemperatur-Wärmequelle als Hauptquelle und die Hochtemperatur-Wärmequelle als Reserve sowie zur Deckung hoher Lastspitzen genutzt.

Am Beispiel eines Heizsystems kann die Verwendung eines Systems mit zwei Wärmequellen den Betrieb gewährleisten, bei dem 60-70% der Heizzeit nur die Wärme genutzt wird, die von der Wärmepumpe erzeugt wird, und an den kältesten Tagen (wenn die Leistung der Wärmepumpe nicht ausreicht) zusätzlich eine Gas- oder Festbrennstoffkessel aktiviert wird. Der Betrieb dieses Systems wird in der gezeigten Animation dargestellt.

Die Wärmepumpe ist an den unteren Teil des Wärmespeichers angeschlossen. Nach dem Einschalten nimmt die Wärmepumpe kaltes Wasser aus dem unteren Anschluss des Speichers und führt warmes Wasser in den mittleren Ladeanschluss des Speichers. Warmes Wasser ist leichter als kaltes Wasser, daher steigt es im Speicher auf, nachdem es in den mittleren Teil des Speichers gelangt ist. So entsteht im Inneren des Speichers eine Bewegung von warmem Wasser nach oben und kaltem Wasser nach unten.

Sobald die Temperatur im Speicher den programmierten Wert erreicht, sollte die Automatik die Wärmepumpe abschalten und in den Standby-Modus versetzen.

Die Wärmedämmung des Speichers ermöglicht es, das Wasser über mehrere Stunden oder sogar einen ganzen Tag warm zu halten, sodass die abends erzeugte Wärme die ganze Nacht oder nur am Morgen genutzt werden kann. Zum Zeitpunkt der Wärmeentnahme haben wir einen vollständig gefüllten Speicher mit heißem Wasser.

Die Rücklaufleitung des Heizsystems wird an den unteren Anschluss des Speichers angeschlossen, und die Vorlaufleitung an den oberen. Die Automatik, die das Heizsystem steuert, misst die Temperatur im Raum und wenn diese unter den programmierten Wert fällt, schaltet die Automatik die Pumpe ein, die kaltes Wasser in den unteren Teil des Speichers lädt, was dazu führt, dass heißes Wasser aus dem oberen Teil des Speichers in die Vorlaufleitung des Heizsystems verdrängt wird.

Sobald die Wassertemperatur im Heizsystem den programmierten Wert erreicht, erhält die Zirkulationspumpe des Heizsystems das Signal, sich auszuschalten.

Sobald die Wassertemperatur im Speicher unter den programmierten Wert fällt, erhält die Wärmepumpe das Signal, sich einzuschalten.

Wenn die Leistung der Wärmepumpe nicht ausreicht, um den Speicher auf die erforderliche Temperatur zu bringen, wird die Automatik den Gasboiler einschalten.

Die Betriebszeit des Heizsystems mit gespeichertem Wärme hängt von der Leistung des Systems und dem Volumen des Speichers ab. Daher muss bei der Auswahl des Wärmespeichers festgestellt werden, welche der Bedingungen die höchste Priorität hat: das System mit einer bestimmten Leistung über einen bestimmten Zeitraum mit Wärme zu versorgen oder die Speicherung von Wärme durch eine Quelle mit einer bestimmten Leistung über einen bestimmten Zeitraum sicherzustellen.