Der Pufferspeicher verbindet Kaminofen und bestehende Heizung
Ein wasserführender Kaminofen produziert Wärme nicht genau dann und in genau der Menge, in der Heizkörper oder Fußbodenheizung sie benötigen. Sobald Holz brennt, entsteht Wärme, die abgeführt werden muss. Einen Gas- oder Ölbrenner kann die Regelung dagegen jederzeit abschalten.
Deshalb übernimmt meist ein Pufferspeicher die Rolle des thermischen Zwischenspeichers. Der Kaminofen erwärmt das Heizwasser und lädt damit den Speicher. Die Heizkreise können diese Energie später wieder abrufen.
Vereinfacht sieht das Prinzip so aus:
- Der Kaminofen wird angeheizt.
- Das Wasser im Ofenkreis erreicht die erforderliche Temperatur.
- Die Ladepumpe transportiert Wärme zum Pufferspeicher.
- Heizkörper oder Fußbodenheizung beziehen Wärme aus dem System.
- Reicht die gespeicherte Energie nicht aus, übernimmt die Gas- oder Ölheizung.
Damit arbeiten die Wärmeerzeuger nicht einfach gleichzeitig gegeneinander. Die Regelung entscheidet anhand der Temperaturen, welche Wärmequelle gerade benötigt wird.
Wie groß muss der Pufferspeicher sein?
Dafür gibt es keine seriöse Einheitsgröße. Entscheidend sind unter anderem:
- die wasserseitige Leistung des Kaminofens,
- die gesamte Ofenleistung,
- der Wärmebedarf des Gebäudes,
- die Temperaturen im Heizsystem,
- die gewünschte Brenndauer,
- weitere Wärmeerzeuger wie Solarthermie,
- die Warmwasserbereitung.
Hersteller nennen für ihre Geräte teilweise Richtwerte für das erforderliche Puffervolumen. Größenordnungen von etwa 50 bis 55 Litern je Kilowatt wasserseitiger Leistung werden bei wasserführenden Holzfeuerstätten häufig als Orientierung verwendet. Daraus darf jedoch keine allgemeingültige Dimensionierungsregel abgeleitet werden. Maßgeblich sind die Vorgaben des Ofenherstellers und die Berechnung des gesamten Heizsystems.
Ein zu kleiner Speicher erreicht schnell seine maximale Temperatur. Dann kann der Kaminofen seine Wärme nicht mehr sinnvoll abgeben, obwohl der Holzabbrand noch läuft. Ein sehr großer Speicher ist umgekehrt nicht automatisch besser: Er benötigt Platz, kostet Geld und verursacht zusätzliche Wärmeverluste.
Rücklaufanhebung und Ladepumpe bilden den Ofenkreis
Zwischen Kaminofen und Pufferspeicher befindet sich normalerweise ein eigener hydraulischer Kreis. Eine zentrale Aufgabe übernimmt dabei die Rücklaufanhebung.
Würde während des Anheizens sehr kaltes Wasser aus dem Pufferspeicher direkt durch den heißen Wasserwärmetauscher des Ofens strömen, könnten ungünstige Betriebsbedingungen entstehen. Unter anderem kann Wasserdampf aus den Rauchgasen an vergleichsweise kalten Wärmetauscherflächen kondensieren. Ablagerungen, Verschmutzungen und Korrosion können die Folge sein.
Die Rücklaufanhebung mischt deshalb zunächst einen Teil des heißen Vorlaufwassers wieder dem Ofenrücklauf bei. Erst wenn die erforderliche Betriebstemperatur erreicht ist, wird zunehmend Wasser aus dem Pufferspeicher einbezogen.
Die vom Hersteller geforderte Rücklauftemperatur ist entscheidend. Bei verschiedenen wasserführenden Kaminöfen liegt sie beispielsweise im Bereich um 55 bis 60 °C. Eine pauschale Einstellung sollte trotzdem nicht vorgenommen werden.
Zur Ladeeinheit gehören häufig:
- Umwälz- beziehungsweise Ladepumpe,
- thermisches Mischventil zur Rücklaufanhebung,
- Absperrarmaturen,
- Schwerkraftbremse oder Rückflussverhinderer,
- Temperaturanzeigen.
Vormontierte Ladegruppen fassen mehrere dieser Bauteile in einer Einheit zusammen.
Eine Temperaturdifferenzregelung kann die Pumpe abhängig von Ofen- und Speichertemperatur schalten. Sie startet beispielsweise erst dann, wenn der Ofen warm genug ist und seine Temperatur oberhalb der entsprechenden Speicherzone liegt. Dadurch wird verhindert, dass der Pufferspeicher einen noch kalten Kaminofen erwärmt.
Wie Gas- oder Ölkessel hydraulisch eingebunden werden können
Für die Verbindung von Pufferspeicher, bestehendem Kessel und Heizkreisen kommen verschiedene Schaltungen infrage. Welche sinnvoll ist, hängt stark von der vorhandenen Anlage ab.
Einbindung |
Grundprinzip |
Worauf besonders zu achten ist |
|---|---|---|
Serielle Einbindung |
Der Pufferspeicher wird beispielsweise in den Rücklauf des bestehenden Systems eingebunden |
Einfache Integration möglich, Rücklauftemperaturen des Kessels müssen berücksichtigt werden |
Parallele Einbindung |
Kessel und Pufferspeicher versorgen die Heizkreise über getrennte hydraulische Wege |
Pumpen, Volumenströme und Regelung müssen sauber aufeinander abgestimmt sein |
Hydraulisch entkoppeltes System |
Erzeuger- und Verbraucherkreise werden hydraulisch voneinander getrennt |
Zusätzliche Pumpen und eine passende Regelstrategie können erforderlich werden |
Bei Bestandsanlagen kann eine serielle Lösung interessant sein, weil vorhandene Heizkreise und Regelungen teilweise weitergenutzt werden können. Das bedeutet jedoch nicht, dass sie für jedes Gebäude automatisch die beste Variante darstellt.
Besonders genau muss bei Gas- oder Öl-Brennwertgeräten hingesehen werden. Diese arbeiten effizient, wenn möglichst kühles Rücklaufwasser den Brennwertwärmetauscher erreicht. Wird der Rücklauf durch eine ungünstige Puffereinbindung dauerhaft stark erwärmt, kann sich die Kondensation der Abgase verringern und damit ein Teil des Brennwertnutzens verloren gehen.
Auch eine hydraulische Weiche ist deshalb kein Bauteil, das vorsorglich in jedes System gehört. Ob sie benötigt wird, hängt von den Pumpenkreisen, Mindestvolumenströmen und dem vorgesehenen Hydraulikschema ab.
Das Ziel ist immer dasselbe: Der Kaminofen soll möglichst viel nutzbare Wärme in das System einspeisen, ohne den vorhandenen Kessel oder die Heizkreise hydraulisch zu stören.
Ohne Sicherheitskette darf der wasserführende Ofen nicht betrieben werden
Bei einem Gas- oder Ölkessel kann die Brennstoffzufuhr bei einem Fehler weitgehend sofort beendet werden. Bei einem brennenden Holzscheit funktioniert das nicht. Selbst wenn die Luftzufuhr reduziert wird, entsteht weiterhin Wärme.
Deshalb besitzt eine wasserführende Holzfeuerstätte besondere Sicherheitseinrichtungen.
Thermische Ablaufsicherung
Viele Geräte verfügen über einen Sicherheitswärmetauscher beziehungsweise eine Kühlschlange. Steigt die Temperatur im Ofen kritisch an, öffnet die thermische Ablaufsicherung. Kaltes Trinkwasser fließt durch den Sicherheitswärmetauscher und nimmt überschüssige Wärme auf. Das erwärmte Wasser wird anschließend abgeführt.
Diese Einrichtung ist insbesondere dann entscheidend, wenn beispielsweise durch einen Stromausfall die Ladepumpe stehen bleibt.
Sicherheitsventil und Ausdehnungsgefäß
Erwärmtes Heizungswasser dehnt sich aus. Das Membranausdehnungsgefäß nimmt diese Volumenänderung auf und stabilisiert dadurch den Anlagendruck.
Steigt der Druck trotzdem über den zulässigen Wert, schützt das Sicherheitsventil das System vor gefährlichem Überdruck.
Je nach Anlage kommen weitere Komponenten hinzu, beispielsweise:
- automatische oder manuelle Entlüfter,
- Manometer,
- Temperaturfühler,
- Füll- und Entleerarmaturen,
- Rückflussverhinderer,
- geeignete Abblaseleitungen,
- Einrichtungen zur Sicherstellung der erforderlichen Wasserqualität.
Auch die Leitungsdimensionierung gehört zur Planung. Rohrdurchmesser und Pumpenleistung richten sich unter anderem nach der wasserseitigen Ofenleistung, dem erforderlichen Volumenstrom, der gewünschten Temperaturspreizung, der Leitungslänge und den hydraulischen Widerständen.
Einfach vorhandene Heizungsrohre weiterzuführen, ohne diese Punkte zu berechnen, kann zu zu geringem Volumenstrom, Pumpengeräuschen oder unzureichender Wärmeabfuhr führen.
Regelung und Heizkreise müssen gemeinsam betrachtet werden
Eine technisch funktionierende Hydraulik allein garantiert noch keinen sinnvollen Betrieb. Die Regelung muss erkennen, wann genügend Holzenergie vorhanden ist und wann Gas beziehungsweise Öl nachheizen soll.
Dafür werden Temperaturfühler beispielsweise am Kaminofen und an verschiedenen Höhen des Pufferspeichers eingesetzt.
Ein einfaches Betriebsszenario könnte so aussehen:
Ofen kalt:
Der bestehende Heizkessel versorgt das Gebäude wie bisher.
Ofen wird angeheizt:
Die Rücklaufanhebung hält den kleinen Ofenkreis zunächst auf Temperatur.
Ofen liefert genügend Wärme:
Die Ladepumpe überträgt Energie in den Pufferspeicher.
Pufferspeicher ist ausreichend warm:
Die Heizkreise beziehen vorrangig gespeicherte Holzenergie.
Speichertemperatur sinkt:
Der Gas- oder Ölkessel wird wieder freigegeben.
Wie die Heizkreise anschließend versorgt werden, hängt ebenfalls von der Anlage ab. Eine Fußbodenheizung benötigt wesentlich niedrigere Vorlauftemperaturen als ältere Radiatoren. Über einen gemischten Heizkreis kann deshalb heißes Speicherwasser auf die benötigte Temperatur heruntergeregelt werden.
Soll der Kaminofen zusätzlich die Trinkwassererwärmung unterstützen, braucht das System eine passende Lösung dafür. Möglich sind beispielsweise ein Kombispeicher, ein Speicher mit geeignetem Wärmetauscher oder eine Frischwasserstation. Heizungswasser und Trinkwasser werden dabei nicht einfach miteinander vermischt.
Nach größeren Änderungen am Heizsystem sollte außerdem geprüft werden, ob Pumpeneinstellungen und hydraulischer Abgleich noch passen. Durch zusätzliche Wärmeerzeuger und Speicher können sich Volumenströme und Betriebszustände verändern.
Gute Planung beginnt beim gesamten Heizsystem
Die Kombination aus wasserführendem Kaminofen und vorhandener Gas- oder Ölheizung kann technisch gut funktionieren, wenn beide Wärmeerzeuger als gemeinsames System geplant werden. Der Pufferspeicher nimmt dabei meist eine Schlüsselrolle ein. Der Ofenkreis benötigt eine geeignete Ladeeinheit mit Rücklaufanhebung, während die Regelung dafür sorgt, dass gespeicherte Holzenergie genutzt wird, bevor der konventionelle Wärmeerzeuger einspringt.
Besonders sorgfältig müssen Sicherheitskette, Speichergröße, Pumpenauslegung und Rücklauftemperaturen betrachtet werden. Bei einer Brennwertheizung kommt hinzu, dass eine ungünstige Hydraulik deren Effizienz verschlechtern kann. Deshalb sollte das endgültige Schema immer anhand des konkreten Kaminofens, des vorhandenen Kessels und der Heizflächen geplant werden.
