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Beispiel für einen Wärmespeicher zur Kombinierung einer thermischen Solaranlage mit einer konventionellen Heizung.
© Viessmann Werke GmbH & Co. KLG, Allendorf

Schema einer solaren Kombianlage.
© Aus „Thermische Nutzung der Solarenergie"
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Wärmespeicher in Hausanlagen

Die im Alltag bekanntesten Wärmespeicher sind Teil der Hausheizungsanlage oder der thermischen Solaranlage. Sie bestehen aus einer Heizquelle, z. B. Brennwertheizung oder Solarkollektor, und einem Speichermedium. Bei der so genannten indirekten Beladung wird die Wärme von der Heizquelle über ein, in einem geschlossenen zweiten Kreislauf zirkulierendes Arbeitsmittel (z. B. Wasser- Glykol) dem eigentlichen Speichermedium zugeführt.

Als Speichermedium in der häuslichen Wärmeversorgung wird in aller Regel Wasser eingesetzt. Wasser hat zahlreiche Vorzüge: Es hat eine hohe Wärmekapazität, ist preiswert und fast überall verfügbar. Außerdem verfügt es über eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und eine temperaturabhängige Dichte. Dies begünstigt im Wärmespeicher die Herausbildung einer stabilen thermischen Schichtung. Bei Temperaturen oberhalb von 100°C werden aber Kies, Beton, Gesteine oder auch Luft, Thermoöle und Salze als Speichermedien eingesetzt.

Neben der Wahl des richtigen Speichermediums muss man bei der Wärmespeicherung besonders auf die Vermeidung von Wärmeverlusten achten. Effiziente Speicher setzen eine niedrige Wärmedurchlässigkeit der Materialien sowie ein möglichst kleines Verhältnis von Außenfläche des Speichers zum Volumen des Speichers (A/V- Verhältnis) voraus. Zur reinen Vermeidung von Wärmeverlusten wären kugel- oder würfelförmige Speicher ideal. In der technischen Anwendung haben sich aber zylindrische Formen durchgesetzt, die einfacher transportabel sind und eine thermische Schichtung von Wasser auf unterschiedlichen Temperaturniveaus begünstigen. Die in Hausheizungen eingesetzten Wärmespeicher werden meist als Pufferspeicher bezeichnet. Sie verbessern das Betriebsverhalten konventioneller Öl- und Gasheizungen. Es spart Energie, wenn der Brenner den Pufferspeicher in einem Brennvorgang komplett aufheizt und sich die Nachfrage (z. B. Hände waschen) in den nächsten Stunden aus diesem Wärmevorrat bedienen kann, ohne dass der Brenner jedes Mal anspringen muss.

Soll Solarenergie auch zur Raumheizung beitragen, bedarf es komplexer Speicherkonzepte. Mittlerweile dominieren Einspeicher- Anlagen den Markt, in denen eine Kollektoranlage im Zusammenspiel mit einer zweiten Heizquelle einen kombinierten Speicher beheizt. Mithilfe derartiger Speichersysteme kann der solare Anteil an der kompletten Wärmeversorgung eines Gebäudes (Warmwasser + Heizung) auf über 20% gesteigert werden (Abb. 5). Die besonders energieeffizienten Niedrigstenergie- und Passivhäuser können sogar bis zu 50% ihres Wärmebedarfs von der Sonne beziehen.

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