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Wohlüberlegte Kombination

Kombispeicher und andere Techniken, die eine effiziente Speicherung solarthermischer Energie ermöglichen

Wärmespeicher für ein sogenanntes Sonnenhaus. Ein solcher Speicher fasst i.d.R. mehrere Kubik­meter Heizungswasser. Bild: Jenni Energietechnik

Aufbauprinzip eines Kombispeichers mit Durchlaufverfahren. Bild: Solvis

Aufbauprinzip eines Kombispeichers mit Tank-im-Tank-System. Bild: Jenni Energietechnik

Wagner Solar hat mit seiner Serie „WKS“ sein Angebot an Kombispeichern erweitert. Der Speicher funktioniert nach dem Durchflussprinzip und ist mit einem Solarwärmeübertrager und optional mit einem Nachheizwärmeübertrager ausgestattet. Bild: Wagner Solar

Ein Kombispeicher in Verbindung einer Solarkollektoranlage und Gas-Brennwerttechnik. Bild: Brötje

Der „Varical“-Speicher von Consolar besteht aus vier Modulen. Vor Ort zusammengefügt, hat er ein Volumen von 5,4 m³. Bild: Consolar

 

Solarthermische Anlagen mit Heizungsunterstützung in Ein- und Zweifamilienhäusern nutzen mitunter zwei getrennte Speicher für das Trinkwasser und das Heizungswasser. Eine Alternative bieten Kombispeicher, die beide Funktionen übernehmen. Für Mehrfamilienhäuser und größere Gebäudekomplexe könnten zudem Pufferspeicher eine gute Lösung darstellen, wie ein Forschungsprojekt zeigen konnte.

Vorteile von Kombispeichern
Ein Kombispeicher bevorratet Heizungswasser und Trinkwasser in jeweils einem Tank, wobei der Trinkwasserspeicher im oberen Bereich des Pufferspeichers angeordnet ist. Es handelt sich also um ein Zwei-Tank-Prinzip, auch als Tank-in-Tank bezeichnet. Der Trinkwasserspeicher ist vom Heizungswasser umgeben und hält stets warmes Trinkwasser zur Entnahme bereit. Anstelle des Trinkwasserspeichers kann eine Heizspirale eingebaut sein. Dann wird das Trinkwasser ähnlich wie in einem Durchlauferhitzer im Durchfluss erwärmt.
Im mittleren Bereich des Speichers lagert das Heizungswasser für die Raumheizung. Der Solarthermie-Wärmeübertrager ist entweder in der Nähe des Speicherbodens in Form eines Rohrbündels angeordnet oder extern als Plattenwärmeübertrager.
Kombispeicher sind also zum einen ein Pufferspeicher für den Heizkessel und zum anderen ein Speicher für das Brauchwasser, das entweder im Durchlaufverfahren, in einem eingebauten Behälter (Tank-in-Tank-Speicher) oder über einen externen Gegenstrom-Wärmeübertrager (Frischwasserstation) auf Solltemperatur gebracht wird. Vorteil der Kombispeicher ist der geringere Platzbedarf, da lediglich ein Solarspeicher benötigt wird. Dies führt im Allgemeinen auch zu geringeren Kosten. Eine Lösung mit zwei getrennten Speichern würde zu einer aufwendigen Steuerung führen, um die Solarwärme auf beide Speicher zu verteilen. Die thermischen Verluste lassen sich durch einen Kombispeicher ebenfalls reduzieren, sodass Energiekosten gespart werden können. Heute fällt dieser Vorteil allerdings aufgrund der guten Isolierungen vergleichsweise geringer ins Gewicht als in der Vergangenheit.
Kombispeicher besitzen i.d.R. eine Vielzahl von Anschlüssen. So können später noch weitere Wärmeerzeuger, z. B. ein Kaminofen, angeschlossen werden.

Technik und Typen
Kombispeicher werden heute ab einer Größe von 500 bis 800 l angeboten und vielfach aus Stahl oder Kunststoff gebaut. Aus Kunststoff ist er leichter als der aus Stahl und lässt sich beim Kunden einfacher installieren, weist jedoch auch eine geringere Temperaturbeständigkeit auf und benötigt für die Beladung und die Entnahme durch den Heizkreis weitere Wärmeübertrager.
Viele Kombispeicher sind mit Schichtenladeeinrichtungen oder zwei übereinander angebrachten Solarwärmeübertragern ausgestattet. In den letzten Jahren haben Hersteller viele verschiedene neue Lösungen und Patente für eine effektive Schicht- und Ladetechnik entwickelt. So kann zunächst der obere Teil des Kombi­speichers erwärmt werden, um schnell die nötige Temperatur für das Brauchwasser zu erreichen.
Ein Tank-in-Tank-Kombispeicher verfügt über ein Doppelkammersystem, das eine getrennte Erwärmung des Trink- und Heizungswassers auf engstem Raum über die Solarthermieanlage ermöglicht. Der Trinkwasserspeicher besteht entweder aus emailliertem Stahl oder aus Edelstahl. Ein Edelstahlspeicher leitet die Wärme besser und benötigt keine Magnesium- oder Fremdstromanode, um Korrosion zu verhindern.
Der Einsatz einer Frischwasserstation ist i.d.R. teurer und weist eine nicht so konstante Zapftemperatur auf wie der Speicher. Dafür kann über eine Frischwasserstation eine höhere Trinkwasserleistung erzielt werden. Auch wird das Legionellenrisiko geringer eingestuft als bei einem Speicher.
Die i.d.R. preiswerteste und technisch effektivste Lösung für einen Kombispeicher ist eine längliche und zylindrische Bauform. Dadurch kann sich in dem Speicher die gewünschte Temperaturschichtung (oben warm, unten kalt) ausbilden.

Wärmedämmung und ­Dimensionierung
Damit die solar gewonnene Wärme möglichst lange im Kombispeicher gespeichert werden kann, ist eine sehr gute Wärmedämmung nötig. Wärmeverluste entstehen durch Wärmeleitung, Konvektion und Strahlungsaustausch. Die Wärmeverluste sollten unter 2 W/K Temperaturdifferenz liegen.
Typische Dämmmaterialien für den Kombispeicher sind Weichschaum, Hartschaum (PUR – Polyurethan Hartschaum), Melamin und EPS (Expandierter Polystyrol-Hartschaum) mit und ohne Aluminiumfolien. Der EPS hat aufgrund seiner guten ökologischen (zu 100 % recyclebar) und physikalischen Eigenschaften gleichermaßen Vorteile.
Die Dämmschicht ist häufig eine separate Komponente und wird nach der Speicherinstallation um den Speicher gelegt. Das ist besonders dort von Vorteil, wo ­schmale Zugänge zu den Räumlichkeiten den Transport erschweren. Denn der Speicher ist ohne Dämmung schmaler.
Die Größe eines Kombispeichers hängt von vielen Faktoren ab, z.B.:

  • Standort der Solaranlage,
  • Größe, Ausrichtung und Neigung der Kollektorfläche,
  • Trinkwarmwasserbedarf des Haushalts,
  • Qualität des Brauchwasserspeichers hinsichtlich Wirkungsgrad und Dämmqualität.

Eine Überdimensionierung bringt kaum Jahresmehrerträge. Bei einer Kollektorfläche von 16 m² beispielsweise wird meist ein Kombispeicher mit 800 bis 900 l Gesamtvolumen in Kombination mit einem inneren Edelstahltank von rund 30 % des Gesamtvolumens eingesetzt. Beim Kombispeicher mit Durchlaufverfahren wird eher ein Speicher mit 800 l Gesamtvolumen verwendet. Die Nutzungsdauer solarthermischer Kombispeicher geben viele Hersteller zwischen 20 bis 25 Jahren an. Die Marktübersicht zeigt die Kennzahlen einiger Modelle in unterschiedlichen Größen.

Großer Speicher für kleine Räume
Wer ein Mehrfamilienhaus mit einer Solaranlage hocheffizient beheizen möchte, benötigt große Wärmespeicher. In Bestandsgebäuden passen diese aber häufig nicht durch gängige Türen. Wissenschaftler entwickelten gemeinsam mit dem Lörracher Unternehmen Consolar daher einen kompakten Speicher, der aus mehreren Modulen besteht und erst im Heizungsraum endgültig zusammengebaut wird. Die Wärmeverluste sind geringer als bei den gängigen Kaskadenmodellen und eine Verschaltung von einzelnen Tanks ist nicht mehr erforderlich. Das System ermöglicht Speicherkapazitäten mit einem Volumen bis etwa 10 m³.
Der Speicher ist druckbeständig (3 bar Betriebsdruck) und kann hydraulisch direkt in das Heizungssystem eingebunden werden. Die Rohrverbindungen zwischen den einzelnen Modulen befinden sich im Behälter. Dies spart Platz sowie Montageaufwand und reduziert die Wärmeverluste im Vergleich zu bisher eingesetzten Speicherkaskaden. Diese Einzeltanks sind separat gedämmt und miteinander verschaltet, sodass Wärmeverluste niedrig gehalten werden. Mit Vakuumisolationspaneelen (VIP), die sich in die Luftkammern einschieben lassen, können die Wärmeverluste reduziert werden und erreichen die Energieeffizienzklasse A für Wärmespeicher gemäß der Eco-Design-Richtlinie.
Die fünf Anschlüsse auf jeder Seite des Speichers ermöglichen den Einsatz als Heizungspuffer für Biomasse, Wärmepumpen, Solarthermie, BHKWs, konventionelle Kessel oder Power-to-heat-Anwendungen. In Verbindung mit einer Frischwasserstation ist der Speicher auch für die Trinkwassererwärmung einsetzbar.

Autorin: Angela Kanders, freie Journalistin

 


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