Warum sich ein gemeinsamer Speicher für beide Wärmequellen anbietet
Ein wasserführender Ofen erzeugt seine Wärme nicht kontinuierlich. Während des Abbrands kann innerhalb weniger Stunden vergleichsweise viel Energie entstehen. Wird sie im Gebäude gerade nicht vollständig benötigt, muss sie zwischengespeichert werden.
Bei der Solarthermie ist die Situation ähnlich. Ihre Leistung richtet sich nach Sonneneinstrahlung, Kollektorfläche und Temperaturverhältnissen. Gerade um die Mittagszeit kann mehr Wärme anfallen, als gleichzeitig für Warmwasser oder Heizung gebraucht wird.
Der Pufferspeicher gleicht diese zeitlichen Unterschiede aus.
Vereinfacht funktioniert das System so:
- Die Solarthermie erwärmt den Speicher, sobald die Kollektoren eine ausreichend hohe Temperatur erreichen.
- Wird der Ofen angeheizt, überträgt sein Wasserwärmetauscher zusätzliche Energie in den Speicher.
- Heizkreise entnehmen Wärme abhängig vom aktuellen Bedarf.
- Eine weitere Heizung kann einspringen, wenn die gespeicherte Temperatur nicht ausreicht.
Ein gemeinsamer Speicher hat dabei einen praktischen Vorteil: Die Wärmequellen müssen nicht jeweils einen eigenen Heizwasserpuffer bekommen. Das kann Leitungswege, Platzbedarf und hydraulische Verschaltung vereinfachen.
Allerdings bedeutet „ein Speicher“ nicht automatisch „ein einfacher Speicher“. Bei Anlagen mit Solarthermie, Holzfeuerung und Warmwasserbereitung kann ein gut aufgebauter Schichten- oder Kombispeicher wesentlich sinnvoller sein als ein Behälter mit wenigen Anschlüssen.
Speichergröße nicht mit einer einzigen Faustformel bestimmen
Die passende Speichergröße hängt von mehreren Komponenten gleichzeitig ab. Bei einer Solarthermieanlage zur Heizungsunterstützung bewegen sich Speicher in Einfamilienhäusern häufig in einer Größenordnung von etwa 500 bis 1.500 Litern. Das ist allerdings nur eine Orientierung und keine allgemeingültige Vorgabe.
Für die Planung müssen mindestens folgende Punkte zusammen betrachtet werden:
Planungsgröße |
Warum sie wichtig ist |
|---|---|
Wasserleistung des Ofens |
Bestimmt, wie schnell während des Abbrands Wärme in den Speicher gelangt |
Brennstoffmenge und Abbranddauer |
Beeinflussen die insgesamt einzuspeichernde Energiemenge |
Kollektorfläche |
Größere Solarflächen können bei guter Einstrahlung entsprechend mehr Wärme liefern |
Heizwärmebedarf |
Bestimmt, wie schnell gespeicherte Energie wieder benötigt wird |
Vor- und Rücklauftemperaturen |
Beeinflussen den nutzbaren Temperaturbereich des Speichers |
Warmwasserbereitung |
Kann zusätzliche Temperaturreserven im oberen Speicherbereich erfordern |
Herstelleranforderungen |
Für wasserführende Öfen können Mindestvolumen oder konkrete Hydraulikvorgaben bestehen |
Ein zu kleiner Speicher wird bei laufendem Ofen schnell heiß. Gleichzeitig bleibt für Solarwärme möglicherweise kaum Aufnahmevermögen übrig. Das kann besonders in Übergangszeiten ungünstig sein, wenn vormittags die Sonne den Speicher erwärmt und am Abend zusätzlich der Ofen betrieben wird.
Ein sehr großer Speicher löst das Problem aber ebenfalls nicht automatisch. Mehr Volumen bedeutet eine größere Oberfläche, höhere Bereitschaftsverluste und längere Aufheizzeiten. Wird der Speicher ungünstig durchmischt, kann zudem viel Wasser mäßig warm sein, ohne dass oben die tatsächlich benötigte Nutztemperatur erreicht wird.
Die Leistung des Ofens allein reicht für die Dimensionierung nicht
Bei einem wasserführenden Ofen sollte zwischen Gesamtleistung und wasserseitiger Leistung unterschieden werden. Nur der wassergeführte Anteil gelangt über den Wärmetauscher in den Heizkreis beziehungsweise Speicher.
Wie groß dieser Anteil ist, unterscheidet sich von Gerät zu Gerät. Deshalb sollte bei der Planung mit den technischen Daten des konkreten Ofens gerechnet werden und nicht mit einem allgemeinen Prozentwert.
Ebenso wichtig ist die Energiemenge eines kompletten Abbrands. Der Speicher muss nicht lediglich eine momentane Leistung aufnehmen können, sondern mit den während des Betriebs entstehenden Wärmemengen zurechtkommen.
Gute Temperaturschichtung macht den Speicher erst richtig nutzbar
Ein Pufferspeicher funktioniert besonders wirkungsvoll, wenn Wasser unterschiedlicher Temperatur möglichst wenig miteinander vermischt wird.
Warmes Wasser besitzt eine geringere Dichte und sammelt sich deshalb im oberen Bereich. Kühleres Wasser befindet sich weiter unten. Daraus entstehen Temperaturzonen.
Diese Schichtung ist für die Kombination aus Solarthermie und Ofen besonders interessant.
Solarthermie profitiert von einem kühlen unteren Speicherbereich
Die Solaranlage arbeitet günstiger, wenn sie Wärme auf einem möglichst niedrigen Temperaturniveau in den Speicher übertragen kann. Deshalb befindet sich der Solarwärmetauscher bei vielen Speichern weit unten.
Dort trifft die Solarflüssigkeit auf vergleichsweise kühles Speicherwasser. Bereits moderate Kollektortemperaturen können dann nutzbar sein.
Wäre dagegen der gesamte Speicher bereits gleichmäßig sehr warm, müsste die Solaranlage zunächst eine entsprechend hohe Kollektortemperatur erreichen, bevor überhaupt Wärme übertragen werden kann.
Der wasserführende Ofen lädt auf höherem Temperaturniveau
Eine Holzfeuerstätte arbeitet unter anderen Bedingungen. Das Heizwasser aus dem Ofenkreis erreicht während des Betriebs deutlich höhere Temperaturen.
Die Einspeisung erfolgt deshalb so, dass die warme Wassermenge in eine passende Speicherzone gelangt und nicht unnötig den kühlen unteren Bereich durchmischt.
Bei geeigneten Schichtenspeichern können Wärmequellen auf unterschiedlichen Temperaturniveaus gezielt in verschiedene Bereiche einspeisen.
Ein sinnvoll geschichteter Speicher kann dadurch beispielsweise oben bereits ausreichend heiß für die Warmwasserbereitung sein, während sich unten noch relativ kühles Wasser befindet, das zusätzliche Solarwärme aufnehmen kann.
Genau diese Temperaturverteilung ist häufig wertvoller als eine möglichst hohe Durchschnittstemperatur des gesamten Speicherinhalts.
Hydraulik und Regelung müssen verhindern, dass sich die Systeme gegenseitig stören
Mit zwei Wärmeerzeugern entstehen mehrere mögliche Betriebszustände:
- nur Solarthermie liefert Wärme,
- nur der Ofen ist aktiv,
- beide liefern gleichzeitig Energie,
- die Heizkreise entnehmen Wärme,
- Warmwasser wird benötigt,
- ein weiterer Wärmeerzeuger muss unterstützen.
Die Regelung muss daraus sinnvolle Schaltentscheidungen ableiten.
Die Solarpumpe arbeitet mit Temperaturdifferenzen
Bei einer klassischen Solarthermieanlage vergleicht die Regelung die Temperatur am Kollektor mit der Temperatur im Speicher. Erst wenn am Kollektor genügend zusätzliche Wärme zur Verfügung steht, wird die Solarkreispumpe eingeschaltet.
Sinkt die Temperaturdifferenz wieder, stoppt die Pumpe.
Dadurch soll verhindert werden, dass bereits gespeicherte Wärme unnötig in Richtung Kollektor transportiert wird.
Der Ofenkreis benötigt eine eigene Pumpensteuerung
Auch die Ladepumpe des wasserführenden Ofens sollte nicht permanent laufen. Sie wird üblicherweise temperaturabhängig beziehungsweise über eine Temperaturdifferenz angesteuert.
Hinzu kommt die Rücklaufanhebung.
Sie verhindert, dass sehr kaltes Heizungswasser direkt in den heißen Wärmetauscher des Ofens zurückströmt. Dazu wird zunächst ein Teil des warmen Vorlaufwassers mit dem Rücklauf gemischt. Erst wenn der Ofenkreis eine ausreichende Temperatur erreicht hat, wird zunehmend Wärme in Richtung Pufferspeicher übertragen.
Welche Rücklauftemperatur benötigt wird und wie die Ladegruppe aufgebaut sein muss, hängt vom jeweiligen Gerät und dessen Herstellervorgaben ab.
Fühlerpositionen entscheiden über die Regelqualität
Eine technisch gute Regelung kann nur sinnvoll reagieren, wenn sie die Temperaturen an den richtigen Stellen misst.
Je nach Anlagenkonzept können beispielsweise Fühler vorgesehen werden für:
- Kollektortemperatur,
- unteren Speicherbereich,
- oberen Speicherbereich,
- Ofenvorlauf,
- Ofenrücklauf,
- Heizkreisvorlauf,
- Trinkwarmwasserzone.
Schon eine ungünstige Fühlerposition kann dazu führen, dass eine Pumpe zu früh startet, zu lange läuft oder vorhandene Wärme falsch bewertet wird.
Deshalb gehören Fühlerpositionen zur hydraulischen Planung und sollten nicht erst bei der Montage irgendwie verteilt werden.
Kombispeicher, Pufferspeicher oder zwei getrennte Speicher?
Ein gemeinsamer Heizwasserpuffer muss nicht zwingend auch das Trinkwasser direkt speichern.
Grundsätzlich kommen verschiedene Konzepte infrage.
Pufferspeicher mit separatem Warmwasserspeicher:
Der Pufferspeicher nimmt die Wärme der verschiedenen Wärmeerzeuger auf. Trinkwarmwasser wird in einem eigenen Speicher bereitgestellt. Das benötigt mehr Platz, bietet aber oft eine klare Trennung der Aufgaben.
Kombispeicher:
Heizwasserpuffer und Warmwasserbereitung befinden sich in einem gemeinsamen Speichersystem. Je nach Konstruktion kann Trinkwasser über einen integrierten Behälter, einen Wärmetauscher oder andere Lösungen erwärmt werden.
Pufferspeicher mit Frischwasserstation:
Im Speicher befindet sich Heizungswasser. Trinkwasser wird erst beim Zapfen über einen externen Plattenwärmetauscher erwärmt. Dadurch muss kein großer Trinkwasservorrat dauerhaft warmgehalten werden.
Welche Variante besser passt, hängt unter anderem von Warmwasserbedarf, Zapfleistung, Platzangebot, vorhandenem Speicher und gewünschtem Anlagenkonzept ab.
Auch bei einer bestehenden Solarthermieanlage kann ein Zwei-Speicher-System sinnvoll bleiben. Einen funktionierenden vorhandenen Warmwasserspeicher allein wegen des neuen Ofens auszubauen, ist technisch nicht immer erforderlich.
Sicherheitseinrichtungen des Ofens bleiben ein eigenes Thema
Der Pufferspeicher ersetzt nicht die Sicherheitstechnik einer wasserführenden Holzfeuerstätte.
Je nach Gerät und Anlagenkonzept gehören beispielsweise Sicherheitsventil, Ausdehnungsgefäß, Entlüftung und eine thermische Ablaufsicherung zur hydraulischen Einbindung. Die thermische Ablaufsicherung kann den Ofen bei kritischen Temperaturen über einen Sicherheitswärmetauscher kühlen.
Das ist besonders relevant, weil ein Holzfeuer nach einem Stromausfall nicht sofort abgeschaltet werden kann. Die Umwälzpumpe kann stehen bleiben, während im Brennraum weiterhin Wärme entsteht.
Dimensionierung und Ausführung der Sicherheitseinrichtungen gehören deshalb in die Hände eines Fachbetriebs und müssen zu Gerät, Anlagenvolumen und Herstellervorgaben passen.
Gute Planung beginnt mit dem gesamten Heizsystem
Wer Solarthermie und einen wasserführenden Ofen zusammenführt, sollte nicht nur nach einem Speicher mit möglichst vielen Anschlüssen suchen. Entscheidend ist, welche Temperaturen die einzelnen Wärmeerzeuger liefern, wo diese Energie eingespeist wird und auf welchem Temperaturniveau die Heizkreise sie wieder benötigen.
Ein passend dimensionierter und sinnvoll geschichteter Speicher kann Solarwärme und Holzenergie zeitlich voneinander entkoppeln. Dazu müssen jedoch Ladegruppen, Fühler, Pumpen und Regelstrategie miteinander abgestimmt sein. Besonders bei bestehenden Anlagen lohnt sich eine hydraulische Bestandsaufnahme. Ein vorhandener Speicher muss nicht automatisch ersetzt werden – er muss aber zur neuen Kombination passen.
