Warum ein wasserführender Ofen überhaupt einen Pufferspeicher braucht
Ein wasserführender Kaminofen arbeitet anders als beispielsweise eine modulierende Gastherme. Sobald Holz brennt, lässt sich die erzeugte Leistung nicht beliebig an den aktuellen Wärmebedarf des Hauses anpassen.
Ein Teil der Energie erwärmt den Aufstellraum, ein weiterer Teil wird über einen integrierten Wärmetauscher an das Heizungswasser übertragen. Diese wasserseitige Energie kann anschließend für Heizkörper, Fußbodenheizung oder – je nach Anlagenkonzept – indirekt für die Warmwasserbereitung genutzt werden.
Das Problem: Wärmeproduktion und Wärmebedarf fallen zeitlich nicht immer zusammen.
Ein Beispiel: Der Ofen gibt während eines Abbrands 8 kW an das Heizungswasser ab. Das Gebäude benötigt zu diesem Zeitpunkt aber nur 3 kW. Die übrigen 5 kW müssen irgendwo hin. Genau diese Differenz nimmt der Pufferspeicher auf.
Damit erfüllt er mehrere Aufgaben:
- Er speichert Wärme, die momentan nicht benötigt wird.
- Er entkoppelt die Leistung des Ofens vom aktuellen Wärmebedarf.
- Er ermöglicht, gespeicherte Energie nach dem Erlöschen des Feuers weiter zu nutzen.
- Er reduziert Betriebszustände, bei denen überschüssige Wärme abgeführt werden müsste.
- Er erleichtert die hydraulische Einbindung mehrerer Wärmeerzeuger.
Der Speicher ist deshalb nicht einfach ein großer Warmwasserbehälter neben dem Ofen. Er ist ein Bestandteil des gesamten Heizkonzepts.
Für die Berechnung zählt die wasserseitige Leistung
Einer der häufigsten Denkfehler besteht darin, die gesamte Nennwärmeleistung des Ofens zur Berechnung heranzuziehen.
Bei einem wasserführenden Modell wird die Leistung jedoch aufgeteilt.
Ein Ofen mit beispielsweise 12 kW Gesamtleistung könnte folgende Werte besitzen:
Leistungsangabe |
Beispielwert |
Bedeutung |
|---|---|---|
Gesamtleistung |
12 kW |
gesamte abgegebene Wärme |
wasserseitige Leistung |
8 kW |
Wärme für Heizsystem und Pufferspeicher |
raumseitige Leistung |
4 kW |
direkte Wärme im Aufstellraum |
Für die erste Abschätzung des Pufferspeichers interessieren in diesem Beispiel vor allem die 8 kW wasserseitige Leistung.
Als grobe Planungshilfe werden bei wasserführenden Holzöfen häufig etwa 50 bis 100 Liter Puffervolumen je kW wasserseitiger Leistung angesetzt. Ein Wert um 55 Liter pro kW taucht ebenfalls häufig als Orientierung auf.
Damit ergeben sich beispielsweise:
- 5 kW wasserseitig: grob 250 bis 500 Liter
- 8 kW wasserseitig: grob 400 bis 800 Liter
- 10 kW wasserseitig: grob 500 bis 1.000 Liter
- 12 kW wasserseitig: grob 600 bis 1.200 Liter
Diese Werte sind keine fertige Anlagenberechnung. Sie zeigen lediglich, in welcher Größenordnung sich die Planung bewegen könnte.
Besonders wichtig sind die Vorgaben des jeweiligen Ofenherstellers. Wird für ein Modell ein bestimmtes Mindest-Puffervolumen gefordert, sollte dieses bei der Planung nicht unterschritten werden.
Warum Liter pro kW allein nicht reichen
Zwei Öfen mit derselben wasserseitigen Leistung können unterschiedliche Speicheranforderungen haben.
Entscheidend ist schließlich nicht nur die Leistung in Kilowatt, sondern die über einen Zeitraum erzeugte Energiemenge in Kilowattstunden.
Ein Ofen, der zwei Stunden lang 8 kW wasserseitig liefert, erzeugt rechnerisch:
8 kW × 2 Stunden = 16 kWh Wärme
Läuft ein vergleichbarer Abbrand drei Stunden, wären es bereits:
8 kW × 3 Stunden = 24 kWh
Gleichzeitig kann das Gebäude während dieser Zeit einen Teil der Energie unmittelbar verbrauchen. Nur die verbleibende Wärme muss vollständig im Speicher Platz finden.
Deshalb ist die Liter-pro-kW-Regel sinnvoll für eine erste Orientierung – für die endgültige Dimensionierung ist sie zu grob.
So lässt sich die benötigte Speichergröße genauer abschätzen
Wer verstehen möchte, wie eine fachliche Dimensionierung funktioniert, kann sich zunächst die speicherbare Energiemenge von Wasser ansehen.
Ein Liter Wasser speichert bei einer Temperaturänderung um 1 Kelvin ungefähr 1,163 Wh Wärmeenergie.
Vereinfacht gilt:
Speicherenergie = Speichervolumen × 1,163 Wh × nutzbare Temperaturdifferenz
Angenommen, ein Pufferspeicher kann innerhalb des Anlagenkonzepts sinnvoll zwischen 40 und 80 °C genutzt werden. Die nutzbare Temperaturdifferenz beträgt damit 40 Kelvin.
Ein 500-Liter-Speicher könnte rechnerisch ungefähr speichern:
500 × 1,163 × 40 = 23.260 Wh
Das entspricht rund:
23,3 kWh
Bei einem 800-Liter-Speicher wären es unter denselben Bedingungen etwa:
37,2 kWh
Die Rechnung zeigt recht gut, warum nicht nur die Literzahl interessant ist. Auch das nutzbare Temperaturniveau der Anlage beeinflusst erheblich, wie viel Energie tatsächlich gespeichert werden kann.
Beispiel: Ofen mit 8 kW wasserseitiger Leistung
Nehmen wir einen wasserführenden Ofen mit folgenden Daten:
- wasserseitige Leistung: 8 kW
- Brenndauer des betrachteten Abbrands: 2,5 Stunden
- erzeugte wasserseitige Energie: 20 kWh
- durchschnittlicher Wärmebedarf des Gebäudes währenddessen: 4 kW
Das Haus nimmt während der 2,5 Stunden ungefähr:
4 kW × 2,5 Stunden = 10 kWh
direkt ab.
Rechnerisch bleiben damit etwa:
20 kWh – 10 kWh = 10 kWh
übrig, die zwischengespeichert werden müssen.
Bei einer nutzbaren Temperaturspanne von 40 Kelvin wären dafür theoretisch nur gut 215 Liter Speichervolumen erforderlich.
In der Praxis würde daraus allerdings nicht automatisch die Empfehlung entstehen, einen 200- oder 250-Liter-Speicher einzubauen. Die reale Anlage muss Reserven besitzen, unterschiedliche Betriebszustände verkraften und die Herstellervorgaben einhalten. Hinzu kommen weitere Wärmeerzeuger, Regelung, Temperaturverteilung im Speicher und das tatsächliche Nutzerverhalten.
Genau deshalb liegen reale Pufferspeicher bei wasserführenden Kaminöfen häufig deutlich oberhalb eines rein mathematisch errechneten Minimalwertes.
Diese Faktoren verändern die erforderliche Größe
Eine brauchbare Speicherplanung betrachtet den Ofen nicht isoliert. Mehrere Faktoren können das benötigte Volumen nach oben oder unten verschieben.
Heizbedarf des Gebäudes
Ein Haus mit hohem Wärmebedarf nimmt während des Ofenbetriebs einen großen Teil der erzeugten Energie sofort ab. Entsprechend weniger muss zwischengespeichert werden.
In einem gut gedämmten Gebäude kann die Situation genau umgekehrt sein. Dort ist der momentane Heizbedarf möglicherweise niedrig, während der Ofen weiterhin mehrere Kilowatt an das Heizwasser abgibt.
Ein großer Ofen in einem Gebäude mit geringer Heizlast lässt sich deshalb nicht automatisch durch einen riesigen Pufferspeicher sinnvoll machen. Bereits die Ofenleistung sollte zum Gebäude passen.
Dauer und Häufigkeit des Abbrands
Auch das Nutzungsverhalten spielt eine Rolle.
Wer gelegentlich einen einzelnen Abbrand macht, stellt andere Anforderungen an den Speicher als jemand, der den Ofen über viele Stunden hinweg regelmäßig nachlegt.
Bei mehreren aufeinanderfolgenden Brennstoffauflagen muss der Speicher entweder ausreichend freie Kapazität besitzen oder gleichzeitig genügend Wärme an das Gebäude abgeben.
Nutzbarer Temperaturbereich
Ein Speicher mit 800 Litern Volumen kann unterschiedlich viel nutzbare Energie bereitstellen.
Sind beispielsweise nur 20 Kelvin Temperaturdifferenz verwendbar, steht deutlich weniger Speicherkapazität zur Verfügung als bei 40 oder 50 Kelvin.
Der nutzbare Temperaturbereich hängt unter anderem vom Heizsystem ab. Eine Fußbodenheizung benötigt wesentlich niedrigere Vorlauftemperaturen als viele ältere Heizkörperanlagen.
Weitere Wärmeerzeuger
Wird der Pufferspeicher zusätzlich durch andere Systeme genutzt, muss das bei der Dimensionierung berücksichtigt werden.
Dazu können beispielsweise gehören:
- Solarthermie
- Wärmepumpe
- Pelletkessel
- Scheitholzkessel
- Gas- oder Ölheizung
- elektrische Heizstäbe
Gerade bei mehreren Wärmeerzeugern wird aus einer einfachen Speicherfrage schnell eine Frage der gesamten Anlagenhydraulik.
Warmwasserbereitung
Ein klassischer Pufferspeicher enthält Heizungswasser und ist nicht automatisch ein Trinkwasserspeicher.
Soll zusätzlich Warmwasser bereitgestellt werden, kommen beispielsweise Hygienespeicher, Frischwasserstationen oder Speicher mit Wärmetauschern infrage. Dadurch können sich Aufbau und erforderliches Volumen der Anlage ändern.
Zu klein oder zu groß: Beides sollte begründet sein
Bei der Planung entsteht schnell der Eindruck, ein größerer Pufferspeicher sei grundsätzlich die sichere Lösung. Ganz so einfach ist es nicht.
Ein zu kleiner Speicher
Problematischer ist in vielen Fällen ein Speicher, dessen Kapazität regelmäßig ausgeschöpft wird, obwohl der Ofen weiterhin Wärme produziert.
Mögliche Folgen sind:
- wenig Reserve für weitere Brennstoffauflagen
- hohe Speichertemperaturen
- ungünstige Betriebsbedingungen
- überschüssige Wärme kann nicht mehr sinnvoll aufgenommen werden
- Sicherheitseinrichtungen können im Stör- oder Übertemperaturfall eingreifen
Wasserführende Holzfeuerstätten benötigen deshalb ohnehin eine fachgerecht geplante Sicherheitstechnik. Dazu können unter anderem thermische Ablaufsicherung, Sicherheitsventil, Ausdehnungsgefäß und weitere Komponenten gehören. Welche Ausstattung erforderlich ist, hängt von Feuerstätte und Anlagenkonzept ab.
Ein sehr großer Speicher
Mehr Volumen schafft zwar zusätzliche Speicherkapazität, ist aber nicht kostenlos.
Zu berücksichtigen sind:
- höherer Anschaffungspreis
- größerer Platzbedarf
- höheres Gewicht
- größere Speicheroberfläche und damit Wärmeverluste
- längere Zeit bis zur vollständigen Erwärmung
- möglicherweise aufwendigere hydraulische Einbindung
Die passende Größe liegt deshalb nicht automatisch beim größten Behälter, der noch durch die Kellertür passt.
Auch die Bauhöhe, der Durchmesser und die Dämmung sollten früh geprüft werden. Ein 1.000-Liter-Pufferspeicher kann bei der Planung wunderbar aussehen und später an Treppenhaus, Türöffnung oder Raumhöhe scheitern.
Die Speichergröße ist Teil der gesamten Anlagenplanung
Eine sinnvolle Dimensionierung beginnt mit dem wasserführenden Ofen und endet nicht beim Puffervolumen.
Geprüft werden sollten mindestens:
- Gesamtleistung und wasserseitige Leistung der Feuerstätte
- Mindest-Puffervolumen des Herstellers
- Heizlast beziehungsweise tatsächlicher Wärmebedarf des Gebäudes
- erwartete Brenndauer und Nachlegeintervalle
- nutzbarer Temperaturbereich des Speichers
- vorhandenes Heizsystem und benötigte Vorlauftemperaturen
- weitere angeschlossene Wärmeerzeuger
- Art der Warmwasserbereitung
- hydraulische Einbindung und Regelung
- verfügbare Stellfläche und Transportweg
Ebenso wichtig ist eine Rücklaufanhebung. Sie sorgt dafür, dass nicht dauerhaft zu kaltes Heizungswasser in den Wärmetauscher des Ofens zurückfließt. Welche Rücklauftemperatur erforderlich ist, richtet sich nach den Vorgaben der jeweiligen Feuerstätte.
Auch die Temperaturschichtung im Pufferspeicher spielt eine Rolle. Warmes Wasser sammelt sich oben, kühleres weiter unten. Eine sinnvoll geplante hydraulische Einbindung versucht diese Schichtung möglichst wenig zu stören, damit nutzbare Wärme früh zur Verfügung steht.
Die richtige Größe entsteht aus Leistung, Zeit und Wärmebedarf
Eine Faustregel von etwa 50 bis 100 Litern Puffervolumen je kW wasserseitiger Ofenleistung liefert eine brauchbare erste Größenordnung. Sie sollte aber nicht mit einer fertigen Dimensionierung verwechselt werden.
Entscheidend ist, wie viel Energie während eines Abbrands entsteht und welcher Anteil davon unmittelbar vom Gebäude genutzt werden kann. Zusätzlich beeinflussen Temperaturbereich, Heizsystem, weitere Wärmeerzeuger, Nutzerverhalten und Herstellervorgaben das Ergebnis.
Ein 500-Liter-Speicher kann für eine Anlage sinnvoll sein und für eine andere mit derselben Wohnfläche deutlich zu klein ausfallen. Deshalb sollte die endgültige Größe gemeinsam mit der hydraulischen Einbindung geplant werden – und nicht allein anhand einer Liter-pro-kW-Tabelle.
