Pufferspeicher Quelle: Huch GmbH Behälterbau
Rippenrohrwärmetauscher Quelle: Huch GmbH Behälterbau
Elektroeinbauheizungen Quelle: Huch GmbH Behälterbau
Magnesiumschutzanode Quelle: Huch GmbH Behälterbau
Fremdstromanode Quelle: Correx
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 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 * QKessel * TAbbrand * (1 - 0,3 * QH / QKessel,min )
TAbbrand = Nenn-Abbrandperiode - h
QH Heizlast des Gebäudes - kW
QKessel,min niedrigste einstellbare Kesselleistung - kW
Drucklose Pufferspeicher
Druckloser Pufferspeicher Quelle: Dipl.-Ing. Winfried Hesse
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 Quelle: Sirch M. GmbH & Co.KG
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.