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Pufferspeicher

Autoren
OldBo
30.12.2016
Pufferspeicher sind größere Wasserbehälter, die erwärmtes Heizungswasser bis zur Entnahme zwischenspeichern.
Pufferspeicher
 Pufferspeicher
Quelle: Huch GmbH Behälterbau
Rippenrohrwärmetauscher
 Rippenrohrwärmetauscher
Quelle: Huch GmbH Behälterbau
Elektroeinbauheizungen
 Elektroeinbauheizungen
Quelle: Huch GmbH Behälterbau
Magnesiumschutzanode
 Magnesiumschutzanode
Quelle: Huch GmbH Behälterbau
Fremdstromanode
 Fremdstromanode
Quelle: Correx
Thermosiphon
 Thermosiphon
Quelle: Bosy-online
Pufferspeicher sind größere Wasserbehälter, die erwärmtes Heizungswasser bis zur Entnahme zwischenspeichern. Sie werden eingesetzt, um die Volumenströme zwischen einem oder mehreren Wärmeerzeugern (Heizkessel, Kaminofen, Wärmepumpe, Solaranlage und Blockheizkraftwerk) und den Heizkreisen (Heizkörper- und Fußbodenkreise, Trinkwassererwärmung) hydraulisch zu entkoppeln. Sie werden auch in Kühlwassersystemen eingesetzt. Prinzipiell ist es eine Hydraulische Weiche und ein guter Luftabscheider.

Pufferspeicher werden eingebaut,
  • um die Heizungs- oder Kühlanlage hydraulich zu entkoppeln um lange Brennerlauf- und kurze Stillstandzeiten zu erhalten, die An- und Abschaltemissionen (unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Ruß, Kohlenmonoxid) vermindern 
  • um den zeitlichen Verlauf der Zapfvorgänge bei der Trinkwassererwärmung von der Wärmeabgabe der Feuerung entkoppeln
  • um einen effizienten Betrieb einer Stückholzfeuerung (Holzvergaser, Kaminofen mit Wassertache) zu erhalten
  • um den Volumenstrom einer  Wärmepumpe konstant zu halten, wenn z.B. der Volumenstrom im Heizkreis über Thermostat-Ventile reduziert wird
  • um die Sperrzeiten von Energieversorgungsunternehmen (EVU) zu überbrücken

Pufferspeicher können direkt oder indirekt über Rohrschlangen im Speicher beheizt werden. Bei der indirekten Beheizung ist der Wärmeerzeuger hydraulisch vom Heizungswasser getrennt. Solaranlagen müssen grundsätzlich dann vom Heizungswasser getrennt werden, wenn diese mit Solarflüssigkeit betrieben werden.
Die Speicher werden aus Stahlblech (S235JR+AR [früher S235JRG2 und davor St 37-2]), emailiertem oder kunststoffbeschichtetem  Stahlblech, Edelstahl und Kunststoff ((Polypropylen, GfK) hergestellt. Speicher aus Kunststoff sind nicht druck- und temperaturbeständig und werden deshalb in druckloser Ausführung hergestellt. Außerden muss die Temperatur auf 85 °C begrenzt werden.
Heizungsanlagen mit Fußbodenheizungen aus Kunststoffrohr und Pufferspeichern aus Stahl sollten nur mit behandeltem Wasser gefüllt und betrieben werden, da bei der vergrößerten Wassermenge eine erhöhte Korrosionsgefahr besteht.
Auf Grund der geringen Strömungsgeschwindigkeit im Speicher wirkt er als Entschlammungsbehälter. Besonders in Altanlagen sollten größere Speicher eine Reinigungsöffnung und kleinere Speicher eine Entschlämmungsvorrichtung unten am Speicher haben, damit regelmäßig entschlammt werden kann.

Pufferspeicher gibt es entsprechend den Anwendungsfällen in den verschiedensten Ausführungen. Die meisten Systemanbieter beziehen ihre Speicher bei Behälterherstellern.

Ein einfacher Pufferspeicher ist aus Stahlblech hergestellt und hat für eine spätere Erweiterung durch einen Rippenrohrwärmetauscher bzw. zur Reinigung einen Blindflansch. Sinnvoll ist auch ein Anschlussgewinde für einen Heizstab (Elektroeinbauheizung), z. B. bei der Einspeisung durch eine Wärmepumpe. Außerdem sollten in verschiedenen Höhen Anschlüsse vorhanden sein, damit die Einspeisung und Entnahme variabel gestaltet werden kann. Auch Prallbleche (Leitbleche) an den Anschlüssen sollten vorhanden sein, damit eine ordentliche Schichtung möglich ist bzw. die Schichtung nicht zerstört werden kann.

In älteren Heizungsanlagen werden oftmals emallierte Pufferspeicher eingebaut, die mit einer Magnesiumschutzanode oder einer wartungsfreien Fremdstromanode ausgestattet werden, die den Speicher vor elektrochemischer Korrosion, da diese Anlagen in vielen Fällen auf Grund der eingauten Materialien nicht mehr gespült und fachgerecht behandelt werden können.

Die wärmeführenden Rohrleitungen sollten vom Speicher immer zuerst nach unten geführt werden. Dadurch wird verhindert, dass warmes Wasser vom Speicher durch Eigenzirkulation in die Rohrleitungen aufsteigen kann.
Warmes Wasser wird aus dem Speicher abgezogen und fließt in der Rohrmitte nach oben. Über solche Leitungen können beträchtliche Energiemengen verloren gehen. Abhilfe kann ein so genannter Thermosiphon schaffen. Wird die Leitung zuerst nach unten verlegt, so sammelt sich das kalte Wasser am Grund des Siphons und kann nicht weiter in den Speicher fließen. Die Tiefe des Siphons sollte mindestens 3 bis 12 x den Rohrdurchmesser haben.
Schwerkraftbremsen, die in den Anschlüssen integriert sind, funktionieren nicht immer.

Besonders bei dem Einbau von Pufferspeichern sollte das Membrandruckausdehnungsgefäß (MAG) besonders genau berechnet werden. Auch sollte man berücksichtigen, dass jeder Wärmeerzeuger auch bei der direkten Beschickung ein eigenes kleines MAG benötigt, weil das Hauptgefäß am Puffer von den Wärmeerzeugern abgesperrt werden kann. Verbindungsleitungen sind eigentlich nicht mehr üblich, um Fehlzirkulationen auszuschließen.
Bei indirekt beheizten Pufferspeichern wird auch ein Sicherheitsventil und ein Manometer benötigt.
Kombispeicher
Quelle: Bosch Thermotechnik GmbH
Tank-inTank-Speicher
 Tank-inTank-Speicher
Quelle: ORANIER Heiz- und Kochtechnik GmbH
Ein Speicher sollte nur für einen Zweck, entweder Trinkwasserspeicher oder Heizungspufferspeicher, verwendet werden. Auch bei dem Einsatz eines Pufferspeichers kann es sinnvoll sein, einen separaten Trinkwasserspeicher einzusetzen.

Es kann aber aus Platzmangel notwendig werden, beide Verwendungszwecke in einem Bauteil zu ermöglichen. Diese "KombiSpeicher" können aber immer nur eine Kompromisslösung sein.

Eine Trinkwassererwärmung, z. B. über einen Pufferspeicher mit der Anbindung einer thermischen Solaranlage und eine Heizkessels, setzt immer eine hohe Speichertemperatur voraus. Auch muss die Wärme im Speicher besonders gut geschichtet werden, damit an der höchsten Stelle auch wirklich die höchste Temperatur genutzt werden kann.

In solchen Speichern wird dann das Trinkwasser in einem Rohrwärmetauscher (Frischwasserstation) oder einem kleinen Behälter bei dem Wasserzapfvorgang erwärmt.

Frischwasserstation:
Bei diesem System strömt das kalte Wasser durch ein Wellrohr (Edelstahl) oder ein Rippenrohr (Kupfer) im oberen Bereich des Puffers. Durch die entstehenden Turbulenzen ist ein guter Wärmeübergang möglich und eine Kalkablagerung wird weitgehend verhindert. Derartige Anlagen kommen ohne zusätzliche Ladepumpe aus. Eine Regelung der Warmwassertemperatur in die Rohrleitungen wird durch ein 3-Wege-Ventil durchgeführt.

Tank-in-Tank-Speicher:
Im oberen Drittel eines Pufferspeichers befindet sich ein kleiner Warmwasserspeicher, der durch die Wärme des Pufferspeichers ständig erwärmt wird. Bei diesem System kann mehr Warmwasser gezapft werden als im Innentank ist. Interessanterweise kann das Pufferwasser dabei bis unter den Wert TWW abkühlen, da der Wärmetausch zwischen Warmwasserspeicher und Pufferspeicher zeitlich verzögert geschieht.

Beide Systeme sind legionellenfeindlich, weil das gespeicherte erwärmte Wasser bei jedem Zapfvorgang ausgetauscht wird.
Auslegung von Pufferspeichern
Nur zur Orientierung kann die Pufferspeichergröße mit mindestens 50 l/kW Kesselleistung angenommen werden. Wobei die BAFA-Förderung erst ab 55 l/kW gewährt wird. In der Praxis geht man von 100 l/kW und mehr aus. Die Puffergröße sollte aber immer richtig berechnet werden.

Auslegung Pufferspeicher nach Brennstoffaufnahme (Faustformel)

Wenn ein Heizsystem vorhanden ist, bei dem keine Wärme während des Abbrandes entnommen wird, also der Kessel (Holzscheitvergaser, wasserführender Kaminofen) die durch den Abbrand entstehende Wärmemenge voll an den Pufferspeicher abgibt, dann müssen zwei Faktoren bekannt sein. Diese sind die Kessel-Nennleistung (kW) und die Nenn-Abbranddauer (Stunden).
Faustformel > VPuffer = 13,5 * QKessel * TAbbrand
13,5 = Faktor verschieder Einheiten-Umrechnungen und Näherungswerte für Dichte und spezifische Wärme
QKessel = Kesselnennleistung - kW
TAbbrand = Nenn-Abbrandperiode - h

Die Berechnung des Mindestinhalt eines Pufferspeichers kann nach der DIN EN 303-5 mit folgender Formel ermittelt werden.

VPuffer,min = 15 * QKesselTAbbrand * (1 - 0,3 * QH / QKessel,min )

TAbbrand = Nenn-Abbrandperiode - h
Q
H Heizlast des Gebäudes - kW
Q
Kessel,min niedrigste einstellbare Kesselleistung - kW
Drucklose Pufferspeicher
Druckloser Pufferspeicher
 Druckloser Pufferspeicher
Quelle: Dipl.-Ing. Winfried Hesse
Quelle: Bunk Bau & Solar
Erd-Pufferspeicher
 Erd-Pufferspeicher
Quelle: Mall GmbH
Bei dem drucklosen Pufferspeicher befindet sich der Wasserdruck nicht im eigentlichen Speicher, sondern sich nur in den Rohrleitungen. Dieser Speicher lässt sich einfacher in bestehende Gebäude wegen der oft engen Türen und Treppenabgänge einbauen.
Hierfür wird ein im Keller geschweißter Tank verwendet. Dieser Wärmespeicher für Heizung und Warmwasser ist ein sehr einfach zu erstellender Kunststofftank mit 4.000 bis 6.000 Litern Inhalt (z. B. 1,5 m x 1,5 m und 2 m hoch fassen gut 4.000 Liter). So wird ein kompaktes und größeres Volumen hergestellt.
Mit Wärmeleitkörper und Doppeltrichter schichtet dieser Speicher warmes Wasser oben ein und führt kaltes nach unten. Als weiteren wesentlichen Vorteil wird mit dieser Technik die Bildung bzw. Vermehrung von Bakterien (Legionellen) im warmen Wasser verhindert.

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Die drucklosen Solarspeicher werden aus einem temperaturbeständigen Kunststoff (PP-Polypropylen) in allen Größen in runder und rechteckiger Form im Raum vor Ort hergestellt. Die Speicher bestehen aus Wandstärken von 10 - 20 mm und werden mit 10 - 50 cm gedämmt, was eine langfristige Wärmespeicherung gewährleistet.

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Der Erd-Pufferspeicher in der drucklosen Variante besteht aus einem Stahlbetonbehälter und einem Innenbehälter aus Edelstahl. Im drucklosen Betrieb wird der Speicher zur Be- und Entladung mit einem Zweikreis- oder Dreikreis-Wärmetauscher ausgestattet, die dient und die Systemtrennung zwischen Heizungsanlage und drucklosem Pufferspeicher gewährleistet.
Kellergeschweißte (standortgefertigte) Pufferspeicher
Stahl-Pufferspeicher
 Stahl-Pufferspeicher
Quelle: Sirch M. GmbH & Co.KG
GfK-Pufferspeicher mit Wärmetauscher
 GfK-Pufferspeicher mit Wärmetauscher
Quelle: Haase GFK-Technik GmbH
Besonders bei der Sanierung von Altbauten gibt es immer wieder Probleme einen größeren (Puffer)Speicher durch die engen Türöffnungen einzubringen. Hier ist es sinnvoll, die Speicher an Ort und Stelle aufbauen zu lassen. Diese kellergeschweißten- bzw. standortgefertigten Speicher können aus Stahl oder glasfaserverstärktem Kunststoff  (GfK) hergestellt werden.


Die Stahlspeicher unterscheiden sich nicht von den Speichern in den Standardausführungen. Hier sind nur die Maße nach dem Raum festgelegt.


Die GfK-Wärmespeicher können mit Durchmessern von 1,30 m bis 4,40 m und Höhen von 1,35 m bis 10,10 m angefertigt und den vorhandenen Raummaßen angepasst werden. Sie sind als einfacher Pufferspeicher (z. B. Festbrennstoffkessel, Wärmepumpe) oder mit Schichtenladeeinheit (z. B. thermische Solaranlage) oder Edelstahlwellrohr (z. B. als Frischwasserstation) zur Erwärmung des Trinkwassers einsetzbar. Das Material bis zu einer Maximaltemperatur von 95 °C belastbar.
Weitere Funktionen



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