Grundlagen/Pufferspeicher

Ein Pufferspeicher entkoppelt Wärmeerzeugung und Wärmebedarf: Er speichert heißes Wasser zwischen und gibt es zeitversetzt wieder ab. Damit kann ein Erzeuger unabhängig vom Momentanbedarf laufen – mit längeren Laufzeiten, weniger Takten und mehr Raum für schwankende Quellen wie Solarthermie.

Funktionsprinzip

Gespeichert wird die Wärmekapazität des Wassers: Ein wärmeres Volumen enthält mehr Energie als dasselbe Volumen bei niedrigerer Temperatur – 1 000 Liter mit 20 Kelvin Spreizung fassen rund 23 Kilowattstunden. Ein Speicher arbeitet nur dann wirksam, wenn er sauber schichtet – oben heiß, unten kalt –, denn erst die Schichtung trennt die Temperaturniveaus von Ladung und Entnahme; wird er durchmischt, verliert er einen Teil seiner nutzbaren Kapazität. Unabhängig vom Betrieb fallen zudem Bereitschaftsverluste an: Wärme, die durch die Behälterwand entweicht, auch ohne dass Wärme entnommen wird.

Schichtung im Pufferspeicher

Oben
heiß, rund 60 °C – Vorlauftemperatur

↓

Mitte
Übergangszone

↓

Unten
kalt, rund 30 °C – Rücklauftemperatur

Prinzipbild, Beispielwerte gerundet.

Kennzahlen

Kennzahl	Bedeutung	typischer Bereich
Volumen	speicherfähiges Wasservolumen	300 l (Einfamilienhaus) bis mehrere m³ (Gewerbe, Nahwärme)
Spezifische Wärmekapazität Wasser	Energie je Liter und Kelvin Temperaturanstieg	1,16 Wh/(l·K)
Nutzbare Temperaturspreizung	Differenz zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur	15–30 K, je nach Anwendung
Bereitschaftsverlust	Wärmeverlust im Stillstand, unabhängig von der Entnahme	wenige kWh je Tag, abhängig von Größe und Dämmung
Schaltschwellen	Hysterese zwischen Nachladen und Abschalten	spürbarer Abstand nötig, sonst häufiges Takten

Typische Größen

• Einfamilienhaus: 200–500 Liter, als Kombispeicher für Heizung und Warmwasser oder als reiner Warmwasserspeicher.
• Mehrfamilienhaus: häufig 1 000–3 000 Liter, abhängig von Erzeugerleistung und Gleichzeitigkeit der Entnahme.
• Blockheizkraftwerk: Faustwert 60–100 Liter je Kilowatt thermischer Leistung, damit die Maschine lange am Stück läuft.
• Wärmepumpe: Das Volumen richtet sich weniger nach der Leistung als nach Sperrzeiten des Netzbetreibers, Warmwasserspitzen und Abtauunterstützung.

Einsatz und Grenzen

Ein Pufferspeicher lohnt sich, sobald Erzeugung und Bedarf zeitlich auseinanderfallen: ein Blockheizkraftwerk, das lange am Stück laufen soll, eine Wärmepumpe, die Takten vermeiden muss, oder ein Kollektorfeld, dessen Ertrag nicht im selben Moment gebraucht wird. Wo ein Erzeuger ohnehin fein und verzögerungsfrei dem Bedarf folgen kann, bringt er wenig zusätzlichen Nutzen. Er ist reiner Zeitpuffer, keine Energiequelle: Ein zu groß gewählter Speicher kostet Investition und zusätzliche Bereitschaftsverluste, ohne die Laufzeiten weiter zu verbessern; ein zu kleiner taktet trotzdem.

Auslegung

Die Größe eines Pufferspeichers folgt nicht aus einer einzigen Formel, sondern aus mehreren Anforderungen; bemessend ist die größte. Für Heizungspuffer an Wärmepumpen beschreibt VDI 4645 die Wege, für Festbrennstoffkessel gelten die 1. BImSchV und DIN EN 303-5, für Trinkwasser DIN EN 12831-3 und DVGW W 551.

Kriterium	Frage	Bezug
Vorprüfung Anlagenvolumen	Führt das Heizungsnetz selbst genug Wasser, sodass eine leistungsgeregelte Wärmepumpe ohne Puffer auskommt?	VDI 4645
Faustwert nach Gerätetyp	Welcher Mindestinhalt je kW gilt für ein Gerät mit fester Drehzahl, welcher für ein leistungsgeregeltes?	VDI 4645
Mindestlaufzeit	Reicht der Inhalt, damit der Erzeuger je Start eine Mindestzeit läuft?	VDI 4645
Sperrzeit	Überbrückt der Puffer eine Sperre des Erzeugers, ohne dass die Räume zu stark auskühlen? Ein in der Sperre freigegebener Zweiterzeuger macht das Kriterium entbehrlich.	VDI 4645
Deckungsgrad	Decken Erzeuger und Puffer den Bedarf über das Jahr?	Betriebssimulation
Taktziel	Bleiben die Starts je Tag unter einem Ziel?	Betriebssimulation
Festbrennstoff	Erreicht der Puffer das vorgeschriebene Mindestvolumen hinter einem Scheitholz- oder Pelletkessel?	1. BImSchV, DIN EN 303-5
Solarthermie	Fasst der Puffer den Tagesertrag des Kollektorfelds?	DIN EN 12977
Aufheizen nach Absenkung	Stützt der Puffer die Aufheizleistung der Gebäude nach einer Absenkung der Raumtemperatur?	Aufheizoptimierung der Gebäude
Brauchwasser	Deckt die Brauchwasserzone die größte Zapfspitze des Tages?	DIN EN 12831-3, DVGW W 551
Bereitschaftsverlust	Wie viel Wärme verliert der gewählte Inhalt im Stillstand? Ein Speicher mit 1 000 l verliert an der Grenze der Klasse C rund 3,6 kWh je Tag bei 45 K.	EN 15332

Ein Kombipuffer addiert die Zonen für Heizung und Brauchwasser. Ein Plausibilitätsband je kW Heizlast – kleiner bei Flächenheizung, größer bei Heizkörpern – dient als Gegenprobe, nicht als Vorgabe. Ein größerer Puffer senkt die Starts, erhöht aber die Bereitschaftsverluste. Wie EPOS-Plan diese Kriterien aus den Bedarfsreihen und Erzeugern des Projekts rechnet und den Vorschlag in den Projektpuffer übernimmt, steht unter Pufferspeicher auslegen.

In EPOS-Plan

Der Katalog der Pufferspeicher liegt unter Administration → Energiesysteme → Pufferspeicher; im Projekt legt die Kachel Pufferspeicher der Startseite den Speicher im Dialog „Verwaltung Pufferspeicher“ an, den Erzeugern zugeordnet wird er in der Simulationskonfiguration. Wie Zuordnung, Schaltschwellen und Ladereihenfolge dort zusammenwirken, zeigt Einbindung, ein Beispiel mit realen Größen steht unter Beispiel, das Zusammenspiel mit anderen Erzeugern unter Zusammenspiel und was dabei zu beachten ist unter Fallstricke. Der Rechenweg steht unter Berechnung: Pufferspeicher. Einen Vorschlag für das Volumen rechnet die Pufferspeicher-Auslegung.

Siehe auch

• Programm Dokumentation: Pufferspeicher – Einbindung, Beispiel, Zusammenspiel und Fallstricke
• Berechnung: Pufferspeicher – der Rechenweg
• Pufferspeicher auslegen – das Volumen nach den Kriterien der Auslegung
• Grundlagen: Solarkollektoren – der häufigste schwankende Erzeuger vor dem Puffer
• Hydraulikschemata – gebräuchliche Schaltungen als Prinzipschema

Grundlagen

• Klimadaten
• Wärmebedarfsrechnung
• Strombedarf und Lastprofile
• Brauchwasser
• Prozesswärme
• Gebäudemodell VDI 6007
• Bauteile am Erdreich
• Brauchwasser-Zapfprofile
• Gemeinjahr und Feiertage
• Wärmepumpe
• Wärmequelle Erdreich
• BHKW
• Solarkollektoren
• Photovoltaik
• Wechselrichter
• Kessel und Spitzenlast
• Kühlung
• Pufferspeicher
• Stromspeicher
• Hydraulikschemata
• Anlagenkopplung und Regelung
• Vergleich Energiebilanz
• Kostenrechnung
• Erlösrechnung
• Wirtschaftlichkeitsrechnung