Programm Dokumentation/Berechnung/Pufferspeicher
Weitere Optionen
Was berechnet wird
Ein thermischer Pufferspeicher entkoppelt Erzeugung und Bedarf. Der Lauf führt für jede Stunde seinen Füllstand, die Ladung, die Entladung, die Bereitschaftsverluste und — wenn mehr als eine Schicht gepflegt ist — die Temperaturen seiner Zonen. Ergebnisgrößen sind die Jahressummen dieser vier Energieströme, die Vollzyklen und die Ganglinien von Füllstand und Temperaturen.
Der Speicher rechnet nicht für sich: Er ist die Senke der Erzeuger und die Quelle der Bedarfsdeckung. Wer wann in ihn lädt, entscheidet die Ladeordnung; wer wann aus ihm entnimmt, die Entladereihenfolge seines Kanals.
Eingangsgrößen
| Größe | Einheit | Herkunft im Programm |
|---|---|---|
| Gesamtvolumen | l | Pufferspeicherkatalog, Feld „Gesamtvolumen" |
| Bereitschaftsverluste | kWh/24 h | Pufferspeicherkatalog, Feld „Bereitschaftsverluste" |
| Vorlauf, Rücklauf | °C | Dialog „Pufferspeicher (Projekt)", Abschnitt „Eigenschaften" |
| Nutzung (Heizung / Brauchwasser / Prozess, einzeln oder kombiniert) | — | derselbe Abschnitt, Klassen-Set |
| Einschaltschwelle, Abschaltschwelle | Anteil 0…1 | derselbe Abschnitt, Abschnitt „Schwellen" |
| Abschaltschwelle für nachrangige Anlagen | Anteil 0…1 | derselbe Abschnitt — die Solar-Reservezone |
| Mindestfüllstand | Anteil 0…1 | derselbe Abschnitt |
| Schichtenzahl (1…10), Behälterhöhe, effektive Wärmeleitfähigkeit | —, m, W/(m·K) | Abschnitt „Schichtung" |
| Entnahmehöhe je Kanal | Anteil 0…1 (1 = ganz oben) | Abschnitt „Schichtung" |
| Mindest-Nutztemperatur Brauchwasser | °C | Abschnitt „Schichtung" |
| Ladeleistungsgrenze, Entladeleistungsgrenze | kWh je Stunde, 0 = unbegrenzt | Abschnitt „Eigenschaften" |
| Entladepriorität | 1…99 oder Automatik | Abschnitt „Ladereihenfolge" |
| Ladepriorität je ladender Anlage | 1…99 | Simulationskonfiguration, Karte des Erzeugers |
Rechenweg
Schritt 1 — Nutzbare Kapazität
Q_max [kWh] = Volumen [l] · 1,16 Wh/(l·K) · (Vorlauf − Rücklauf) / 1000
Fehlt ein vollständiges Temperaturpaar, gilt ein Rückfall-ΔT von 10 K — beim BHKW-Pendelspeicher 20 K, weil dessen Altformel diese Spreizung fest verdrahtet hatte und ein Rückfall auf 10 K seine Kapazität ohne fachlichen Grund halbieren würde. Der Rückfall wird am Speicher vermerkt und lässt sich protokollieren.
Verlust je Stunde = Bereitschaftsverluste [kWh/24 h] / 24
Schritt 2 — Laden
Ein Erzeuger lädt bis zu seiner Obergrenze, und die hängt davon ab, ob er an diesem Speicher der vorrangige Lader ist:
Obergrenze = eigene Ladegrenze der Senkenzeile, wenn gesetzt
= Abschaltschwelle, wenn die Anlage die vorrangige ist
= Abschaltschwelle für Nachrangige, sonst
Ladefähigkeit = Q_max · Obergrenze − Füllstand − Reserviertes
Die zweite Zeile ist die Solar-Reservezone: Wo eine Reserve gepflegt ist, laden nachrangige Erzeuger — üblicherweise der Heizkessel — nur bis dorthin, und der obere Teil bleibt für die Solarthermie frei. In Stunden mit PV-Überschuss kann eine andere Anlage vorrangig sein; dann gilt die Reservezone für sie, denn Anzeige und Rechnung lösen die Obergrenzen mit derselben Funktion und der jeweils gültigen Priorität auf.
Der Speicher als hydraulische Weiche. Er drosselt die Anlage nicht auf seinen freien Raum: Er wird geladen, während die Last aus ihm entnimmt. Die Aufnahme einer Stunde darf deshalb um genau die Menge über die freie Kapazität hinausgehen, die im selben Zeitschritt wieder entnommen wird (Durchlass):
aufnehmbar = Q_max − Füllstand + Durchlass Bilanzraum = Ladefähigkeit + min(offener Kanalbedarf ; Entnahmefähigkeit)
Der Füllstand liegt dann vorübergehend über Q_max; die Nachentladung zieht ihn im selben Zeitschritt wieder herunter. Buchhalterisch wird die Aufnahme in Umsatz (bis Q_max) und Durchfluss (alles darüber) zerlegt — nur der Umsatz ist Speicherinhalt.
Eine gepflegte Ladeleistungsgrenze wirkt als Budget der Stunde, nicht je Ladevorgang: Ein Speicher wird in derselben Stunde von mehreren Erzeugern angefahren, und je Aufruf gewährt bekäme er die Grenze mehrfach.
Schritt 3 — Entladen
Entnahme = min(angefordert ; Füllstand) danach auf das Entladebudget der Stunde begrenzt (0 = unbegrenzt)
Die Entnahme wird ebenfalls in Durchfluss und Umsatz zerlegt — der Durchfluss verlässt den Speicher zuerst. Führt ein Kanal eine Mindest-Nutztemperatur und ist der Speicher geschichtet, zählt nur, was die Schichten oberhalb dieser Temperatur und unterhalb der Entnahmehöhe des Kanals hergeben. Beim Kombispeicher ist das der Grund, warum die Heizung die Bereitschaftszone des Brauchwassers oben nicht antastet.
Die Entladereihenfolge läuft je Kanal über die Entladepriorität; ohne manuelle Angabe gilt die Automatik: die beste (kleinste) Ladepriorität der Anlagen, die diesen Speicher laden.
Schritt 4 — Hysterese der Speicherregelung
Füllstand ≤ Q_max · Einschaltschwelle → Nachladung beginnt Füllstand ≥ Q_max · Abschaltschwelle → Nachladung endet
Solange nachgeladen wird, deckt der Speicher keinen Bedarf vorab (Phase A der Stundenschleife). Die Nachentladung (Phase E) greift davon unabhängig — genau wie im Bestand die Entladung vor Heizstab und nachfolgendem Erzeuger.
Schritt 5 — Bereitschaftsverluste, einmal je Stunde
Am Stundenende, nach Bedarfsdeckung, Ladung und Nachentladung:
Anteil = Füllstand / Q_max , auf 1 begrenzt Verlust = Verlust je Stunde · Anteil , höchstens der Füllstand Füllstand = Füllstand − Verlust
Der Verlust ist also füllstandsanteilig: Ein halb voller Speicher verliert halb so viel wie ein voller. Steht ausnahmsweise noch Durchfluss im Speicher, trägt dieser den Verlust zuerst, damit die getrennte Bilanz aufgeht.
Schritt 6 — Schichtung (nur bei mehr als einer Schicht)
Der Speicherinhalt wird auf N gleich große Zonen verteilt, Schicht 0 oben. Der Füllstand bleibt die führende Größe; die Schichtebene verteilt ihn nur:
Σ Schichtenergie = min(Füllstand ; Q_max) Schichtenergie ∈ [0 ; Q_max/N] entspricht T ∈ [Rücklauf ; Vorlauf] T[i] = Rücklauf + Schichtenergie[i] / (Q_max/N) · (Vorlauf − Rücklauf)
Je Stunde laufen in dieser Reihenfolge: ideale Einschichtung beim Laden (die Wärme geht auf die Einspeisehöhe), ideale Verdrängung beim Entladen (an der Entnahmehöhe des Kanals), dann der vertikale Ausgleich — Wärmeleitung zwischen benachbarten Zonen, je Schichtpaar und Stunde auf 25 % der Temperaturdifferenz gekappt, damit der Schritt stabil bleibt und die Reihenfolge zweier Schichten nicht kippen kann —, anschließend die Inversionsmischung (wärmer unten als oben wird gemischt), danach die Verluste nach Wärmeabgabefläche und Temperaturüberhöhung, und ein zweiter Inversionsdurchgang.
Vorbelegungen ohne gepflegte Werte: effektive Wärmeleitfähigkeit 1,5 W/(m·K) (sie enthält die Wandleitung und ist deshalb deutlich größer als die des ruhenden Wassers), Höhen-Durchmesser- Verhältnis 2,5, Entnahmehöhe oben, Mindest-Nutztemperatur gleich dem Rücklauf. Höchstens zehn Schichten.
Mit N = 1 — der Vorbelegung — ist die Schichtebene wirkungslos: Es gibt kein Schichtpaar, also keine Wärmeleitung und keine Inversion, und die Entladefähigkeit klemmt nichts.
Schritt 7 — Vollzyklen
Vollzyklen = entnommene Energie / nutzbare Kapazität
Grenzen und Annahmen
- Ein Energiebilanzmodell, kein Strömungsmodell. Es gibt keine Massenströme, keine
Rohrleitungen, keine Wärmeübertrager. Die Lade- und Entladeleistungsgrenzen sind die einzige hydraulische Schranke, und sie sind Zahlen, keine Geometrie.
- Ideale Einschichtung und ideale Verdrängung. Ein einströmender Strahl mischt nicht auf; in
einem realen Speicher tut er das.
- Gleich große Zonen. Die Schichtdicke ist nicht wählbar.
- Der Bereitschaftsverlust ist ein Tageswert, keine Funktion von Umgebungstemperatur,
Aufstellort oder Dämmstärke.
- Ein Quellspeicher ist statisch, solange er nicht zugleich Senke eines Erzeugers ist: Erst
ein geteilter Puffer bekommt eine stündliche Temperatur; ein eigenständiger Quellspeicher bleibt bei seiner festen Temperatur.
- Der Durchfluss wird nicht in Schichten geführt. Er ist hydraulisch durchströmende Wärme und
war nie Speicherinhalt; eine bei Vorlauftemperatur gekappte Temperatursumme könnte ihn gar nicht darstellen.
- Der Katalog führt nur sechs Gerätewerte. Vor- und Rücklauf, Schwellen, Schichten,
Entnahmehöhen und Leistungsgrenzen entstehen erst in der Projektkopie und werden im Projektdialog gepflegt.
- Kein interner Wärmeübertrager, kein Frischwassermodul, keine Legionellenschaltung.
Ergebnisse und wo sie stehen
- Simulationsergebnis, Reiter „Übersicht" — je Speicher Ladung, Entladung, Verluste und
Vollzyklen; dazu die Ganglinie des Füllstands.
- Simulationsergebnis, Reiter „Wärmegang" — Speicherladung und Speicherentladung im Stapel
der Erzeuger; die Entladung ist dabei den Erzeugern zugerechnet, die geladen haben.
- Simulationsergebnis, Temperaturverlauf — je geschichtetem Speicher die Zonentemperaturen
über das Jahr.
- Simulationskonfiguration — die Speicherkachel zeigt Kurzbilanz und Schwellenband, das
Hydraulikschema die Kanten zwischen Erzeugern, Speichern und Kanälen samt Ladepriorität.
- Simulationsprotokoll — Rückfall-ΔT, wirkungslose Quellbezüge, Speicher ohne Lader.
Bezüge
- Pufferspeicher — Bedienung von Katalog und Projektdialog
- Berechnung: Simulationsablauf — die Phasen A bis G einer Stunde und die Kaskade
- Berechnung: Wärmepumpe — Ladepotenzial, Leistungssteuerung und die Quelle „Pufferspeicher"
- Berechnung: Solarthermie — der vorrangige Lader und die Reservezone
- Berechnung: BHKW — Bilanzraum und Pendelspeicher
- Berechnung: Heizkessel — der nachrangige Lader und die Kessel-Kaskade
- Simulation — Hydraulikschema und Kaskadenband