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Bei zeitgemäßen Heizungsanlagen werden zunehmend Pufferspeicher eingebaut. Deren Aufgabe ist es, die Wärme aufzunehmen und sie später kontinuierlich an das Wärmeverbrauchssystem abzugeben. Solch ein System findet sich oft bei Wärmeerzeugern, die nur eine bedingt regelbare Heizleistung vorweisen wie Festbrennstoffanlagen. Ebenso wird diese Lösung bei Anlagen eingesetzt, die nur zu bestimmten Zeiten Wärme erzeugen oder bei denen eine möglichst lange ununterbrochene Laufzeit angestrebt wird, z.B. Solarthermie- und Wärmepumpenanlagen.

Pufferspeicher eignen sich zudem, um verschiedene Heizquellen zu kombinieren. Klassische Öl-/Gasheizungen können so mit Scheitholzkesseln oder wasserführenden Kamineinsätzen betrieben werden. Für Systeme, die mit regenerativer Energie der Solarthermie oder Wärmepumpen betrieben werden, sind Pufferspeicher sogar unverzichtbar.

Wie ist ein Pufferspeicher aufgebaut?
Der Pufferspeicher wird in geschlossener oder offener Bauform angeboten mit einem Inhalt zwischen 300 bis 2000 l. Befüllt ist er mit Systemwasser. Um Wärmeverluste zu minimieren, wird der Speicher mit einer Dämmung verkleidet. Die Anschlüsse werden je nach Nutzungszweck angeschlossen: Pro Wärmeerzeuger sind ein Vor- und ein Rücklaufanschluss notwendig. Ebenso sind Messstellenanschlüsse vorzusehen. Geschlossene Pufferspeicher sind zudem mit einem Entlüftungs- und einem Entleerungsanschluss auszustatten. Mit der Atmosphäre verbundene Speicher (offene Behälter) brauchen nur einen Entleerungsanschluss.
Zur Trennung unterschiedlicher Wassersysteme – Heizungswasser und Wasser mit Hitze- bzw. Frostschutzmittel der Solarthermie- bzw. der Wärmepumpenanlage – sind Behälter oder Rohrwärmeübertrager im Speicherbehälter eingebaut. Bei Pufferspeichern mit Trinkwassererwärmung ist der Trinkwasserkreis ebenfalls systemgetrennt aufgebaut. Dazu wird ein Trinkwasserbehälter oder Wellrohrwärmeübertrager mit Leitungslängen von bis zu ca. 60 m eingesetzt.

Wie funktioniert ein Pufferspeicher?
Die genaue Funktion bzw. Einbindung des Pufferspeichers hängt von dessen Einbau bzw. Anschlussweise in der Gesamtanlage ab. Nachfolgend eine mögliche Variante:
Wird durch einen oder parallel zugeschaltete Wärmeerzeuger mehr Wärme erzeugt, als das Heizsystem aufnehmen kann, bzw. als verbraucht wird, steigt die Vorlauftemperatur im System an. Bei Erreichen der eingestellten maximalen Vorlauftemperatur schaltet die Regelung oder ein thermisch gesteuertes Umschaltventil den Pufferspeicher zu. Der Wärmeerzeuger wird bei Erreichen der eingestellten Speichertemperatur (wenn möglich) ausgeschaltet. Das mit Wärme aufgeladene Heizungswasser im Behälter wird dann durch den Heizungsvorlauf zu den Wärmeverbrauchern geleitet, kühlt sich ab und fließt zurück in den Pufferspeicher. Bei Unterschreiten der Mindestvorlauftemperatur wird der Wärmeerzeuger wieder eingeschaltet. Bei dieser Variante wird die Regelung oder das thermisch gesteuerte Umschaltventil so geschaltet, dass zunächst die erzeugte Wärme direkt in den Heizkreislauf geführt wird.
Dienen weitere Wärmeerzeugungssysteme (Solarthermie, Wärmepumpe) der Beheizung, wird deren Wärme über Rohrwärmeübertrager dem Behälter zugeführt. Die Regelung steuert die Wärmezuführung und die Zuschaltung von Pumpen oder die Stellung von Regelventilen. Ist ein Pufferspeicher mit Wärme aufgeladen, kann am obersten Messpunkt – je nach Regelungseinstellung – die Speicherwassertemperatur >?90?°C betragen. Die Ladepumpe wird bei Übersteigen der eingestellten Soll-Temperatur ausgeschaltet.

Weshalb stellen sich Temperaturschichten ein?
Wird keine Wärme abgeführt, beginnt im Behälter eine interne Zirkulation. Diese natürliche Zirkulation beginnt bereits bei Temperaturunterschieden im Speicher von 0,01 K. Das Speicherwasser an der äußeren Behälterwandung beginnt langsam abzukühlen und sinkt nach unten. Gleichzeitig beginnt in der Mitte des Behälters ein Auftrieb zu wirken. Dieser Vorgang kommt aufgrund der hohen Isolationswirkung der außen aufgebrachten Wärmedämmung immer wieder zum Stillstand. Wasser gleicher Temperatur und Dichte sammelt sich so in gleicher Höhe. Je 10 cm Behälterhöhe kann der Temperaturanstieg 1 bis 2°C betragen.
In Pufferspeichern mit Solarthermieanbindung werden meist sich in der Mitte nach oben verjüngende „Rohreinsätze“ eingebaut, die den Auftrieb beschleunigen. Durch diesen Einbau wird auch ein geringer Wärmeertrag von Solarthermieanlagen zur Aufheizung der oberen Schichten nutzbar gemacht.

Weshalb ist in Anlagen mit Pufferspeichern eine Vielzahl von Armaturen und Geräten erforderlich?
Jedes hydraulische System hat entsprechend seiner Aufgabe erforderliche Drücke, Füllwasser und unterschiedliche Temperaturen. Aus diesem Grund muss jeder „Systemkreis“ zunächst als Einzelanlage gesehen werden.
Daher ist jeder dieser Kreise (Festbrennstoff-, Solarthermie-, Wärmepumpenanlage usw.) entsprechend der Betriebsbedingungen und möglichen Gefahren für die Anlage und Nutzer gegen unzulässigen Überdruck und zu hohen Temperaturen zu schützen. Diese Aufgaben übernehmen Sicherheitsarmaturen wie das Sicherheitsventil, Temperaturbegrenzer oder Mischarmaturen. Zur Druckhaltung bzw. zum Druckausgleich unterschiedlicher Betriebssituationen wie Aufheizen und Abkühlen sind Ausdehnungsgefäße erforderlich.
Wird das Wasser starker Hitze und Kälte ausgesetzt, so kommen Solar- bzw. Frostschutzmittel zur Anwendung, die ein Verdampfen und/oder das Gefrieren verhindern sollen. Da die verschiedenen Systeme über den Pufferspeicher zusammengeführt sind, ist eine Systemtrennung unbedingt sicherzustellen. Jeder Kreislauf benötigt zudem eine Pumpe, die für den Zwangsumlauf in den einzelnen Systemkreisläufen eingesetzt wird.

Welche Anschlüsse des Pufferspeichers sind für welchen Wärmeerzeuger geeignet?
Wo und wie welcher Wärmerzeuger oder welche Verbrauchssys­teme anzuschließen sind, hängt von der Gesamtgestaltung bzw. geplanten Aufgabe ab. Solarthermische und Festbrennstoffanlagen werden in der Regel im unteren Bereich des Pufferspeichers angeschlossen. Auch Wärmepumpen sind im unteren Bereich anzuschließen. Dies ermöglicht die maximale Wärmezuführung überschüssiger bzw. kostengünstiger Wärme.
Der Standard-Wärmeerzeuger – beispielsweise der Öl- oder Gaskessel – wird eher im mittleren bis oberen Bereich angeschlossen. Hierdurch wird nur der obere Bereich bedarfsgerecht bzw. kostengünstig zu Heizzwecken oder Warmwassererwärmung beladen. Verbrauchsanlagen sind ebenfalls im oberen Bereich anzuschließen. So wird gewährleistet, dass auch geringere Wärmeerträge, z.?B. bei solarthermischen Anlagen, optimal genutzt werden können.

Können Pufferspeicher auch als hydraulische Weiche eingesetzt werden?
Im Rahmen von Heizzentralen für mehrere Wohneinheiten bzw. Reihenhäuser finden Pufferspeicher als hydraulische Weiche Anwendung. Wärmeerzeuger übernehmen die Beladung des Speichers. Die Wärmeabnahme geschieht über einzelne Heizkreise, die unabhängig voneinander an dem Pufferspeicher angeschlossen sind. Hierdurch können thermische und hydraulische Probleme bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen vermieden werden. Die Regelbarkeit der einzelnen Verbrauchskreise ist zudem unabhängig von denen der Primär-Wärmeerzeuger.

Drücke und Temperaturen

• Heizungsanlage: Max. Druck 2,5 bar (3 bar), Temperaturen bis 70?°C, Altanlagen auch noch max. 90°C, Füllwasser nach Betriebsanleitung des jeweiligen Herstellers.
• Trinkwasseranlage – Warmwasser: Max. Druck 6 bar (4 bar), Temperaturen Kaltwasser 12 bis 15?°C, Warmwasser ca. 60°C.
• Solarthermieanlage: Max. Druck 3 bar, bei Stillstand im Sommer sind Temperaturen über 150°C möglich. Füllwasser enthält oft Glykol, um ein Einfrieren zu verhindern. In geschlossenen Anlagen ist ein Auffangbehälter am Sicherheitsventil erforderlich, damit das Wasser-Glykol-Gemisch nicht in die Kanalisation gelangt.
• Wärmepumpe: Max. Druck 3 bar, Temperatur des Sekundärkreises max. ca. 55°C. Sekundärkreis kann ein eigener Systemkreis oder mit dem Heizungskreis verbunden sein.