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Wärmespeicher

Ein Wärmespeicher ist eine Vorrichtung, die Wärmeenergie sammelt, speichert und bei Bedarf wieder freisetzt. Der Zweck besteht darin, überschüssige Wärme zu einem Zeitpunkt zu speichern, wenn sie verfügbar ist, um sie später zu nutzen, wenn der Bedarf höher ist. Wärmespeicher kommen in verschiedenen Formen und Typen vor, je nach Anwendungsbereich und den spezifischen Anforderungen des Systems. Hier sind einige Arten von Wärmespeichern:

Kurzzeitspeicher

Diese Speicher haben eine Speicherdauer von bis zu 48 Stunden und eignen sich am besten zur Verwendung als Brauchwasserspeicher und Solarspeicher sowie bei Holzkesseln. Die Wärme muss hierbei nicht gleichzeitig erzeugt und wieder verbraucht werden.

Langzeitspeicher

Ein Langzeitspeicher hat eine Speicherdauer von mehreren Wochen bis hin zu Monaten. Er eignet sich beispielsweise besonders für Solaranlagen, um die überschüssige Energie aus den sonnigen Monaten für kühlere Tage zu speichern.

Pufferspeicher

Ein Heizungspufferspeicher ist ein zentrales Bauteil in Heizungssystemen, insbesondere in Verbindung mit Wärmeerzeugern wie Heizkesseln oder Wärmepumpen. Er dient dazu, die Effizienz des Heizungssystems zu verbessern und den Wärmebedarf des Gebäudes besser zu regulieren. Der Hauptzweck eines Pufferspeichers besteht darin, überschüssige Wärme, die vom Heizkessel oder einer anderen Wärmequelle erzeugt wird, zu speichern. Dies geschieht in Form von heißem Wasser oder einem anderen geeigneten Wärmeträgermedium.

Durch die Zwischenspeicherung von Wärme ermöglicht der Pufferspeicher eine effizientere Nutzung der Wärmequelle. Heizkessel oder Wärmepumpen können mit höherer Effizienz arbeiten, da sie kontinuierlicher betrieben werden können, selbst wenn der Wärmebedarf des Gebäudes zeitweise niedrig ist. Der Pufferspeicher hilft dabei, unnötige Kesselschaltzyklen zu reduzieren. Wenn der Heizkessel auf maximale Leistung läuft, wird der überschüssige erzeugte Wärmeüberschuss in den Pufferspeicher geleitet, anstatt dass der Kessel ständig ein- und ausschaltet. Dies trägt zur Langlebigkeit des Heizungssystems bei und minimiert den Energieverbrauch. Ein weiterer Vorteil dieser Speicherart besteht darin, dass bei Bedarf sofort Wärme abgegeben werden kann. Dies ist besonders nützlich, wenn der Wärmebedarf im Gebäude plötzlich ansteigt, beispielsweise wenn viele Warmwasserhähne gleichzeitig geöffnet werden.

Pufferspeicher sind oft Teil von Systemen, die erneuerbare Energien wie Solarthermie oder Biomasse nutzen. Sie ermöglichen die Speicherung von Wärme, die während sonnenreicher Zeiten oder bei Verfügbarkeit von Biomasse erzeugt wird, und stellen sie dann bei Bedarf bereit. Pufferspeicher können dazu beitragen, Temperaturschwankungen in Heizungssystemen zu minimieren. Sie gleichen zeitliche Unterschiede zwischen Wärmeerzeugung und -bedarf aus, was zu einer gleichmäßigeren Wärmeverteilung im Gebäude führt.

Die Größe des Heizungspufferspeichers hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter die Größe des Gebäudes, die Art der Wärmequelle und der typische Wärmebedarf. Insgesamt trägt ein Pufferspeicher dazu bei, Heizsysteme effizienter zu gestalten, Energie zu sparen und den Komfort in Gebäuden zu verbessern.

Sensible Wärmespeicher

Diese Speicher speichern Wärme durch eine Änderung der Temperatur eines Mediums, normalerweise eines Feststoffs (z. B. Stein oder Metall) oder eines Flüssigkeitsmediums (z. B. Wasser oder Öl). Die gespeicherte Wärmeenergie ist direkt messbar und wird bei Bedarf freigesetzt. Weitere Beispiele für sensible Wärmespeicher sind Kies-Wasser-, Heißwasser- und Erdsonnenspeicher.

Latente Wärmespeicher

Im Gegensatz zu sensiblen Wärmespeichern speichern latente Wärmespeicher Energie durch eine Phasenänderung eines Materials, also durch Änderung des Aggregatzustandes, wie zum Beispiel den Übergang von fest zu flüssig (Schmelzen) oder von flüssig zu gasförmig (Verdampfung). Diese Speicher können eine große Menge Energie bei konstanter Temperatur speichern.

Thermodynamischer Speicher

Ein thermodynamischer Speicher – oftmals auch als Sorptionsspeicher bekannt - funktioniert auf Grundlage der Thermodynamik, indem er den Phasenübergang eines Fluids, oft eines Gases, nutzt. In der Ladeperiode wird Wärme zugeführt, wodurch das Gas verdampft und in den gasförmigen Zustand übergeht. Diese Phase dient der Speicherung von Wärmeenergie, die durch den erhöhten Druck im System repräsentiert wird. In der Entladungsperiode wird das gespeicherte Gas entspannt, kondensiert und gibt dabei Wärme ab. Durch diesen Phasenübergang wird die gespeicherte Energie freigesetzt und kann zur Heizung, Dampferzeugung oder Stromerzeugung genutzt werden. Der Vorteil liegt in der effizienten Speicherung und zeitversetzten Freisetzung von Wärmeenergie über Phasenübergänge.

Thermochemische Wärmespeicher

Diese Speicher nutzen chemische Reaktionen, um Wärme zu absorbieren oder freizusetzen. Bei Bedarf wird eine chemische Substanz thermisch aktiviert, und die gespeicherte Wärme wird bei einer späteren Reaktion wieder freigesetzt. Ein Beispiel hierfür sind Salzspeicher.

Wasserwärmespeicher

Diese Speicher verwenden Wasser als Medium zur Wärmespeicherung. Wasser hat eine hohe spezifische Wärmekapazität und eignet sich gut für die Speicherung von Wärmeenergie. Wasserwärmespeicher werden oft in Verbindung mit Solarthermie oder anderen Wärmequellen verwendet.

Druckspeicher

Druckspeicher verwenden einen Druckbehälter, um Wärme zu speichern. Durch die Kompression eines Gases oder einer Flüssigkeit wird Wärmeenergie gespeichert und kann später durch Entspannung des Mediums wieder freigesetzt werden.

Kombispeicher

Ein Kombispeicher vereint die Aufgaben eines Trinkwasserspeichers und eines Pufferspeichers. Er gewährleistet die Bereitstellung von warmem Wasser für Küche und Bad, während er gleichzeitig die Heizungsanlage unterstützt. Typischerweise ist ein Kombispeicher als Tank-in-Tank-System konzipiert, wobei sich ein kleiner Trinkwasserspeicher im oberen, erhitzten Bereich des Gesamtwärmespeichers befindet.

Trinkwasserspeicher

Ein Trinkwasserspeicher für Wärmepumpen mit Wärmetauscher ist eine spezielle Art von Warmwasserspeicher, der in Verbindung mit Wärmepumpensystemen verwendet wird. Diese Systeme dienen dazu, Trinkwasser für den häuslichen Gebrauch zu erwärmen, indem sie die Umgebungswärme aus der Luft, dem Wasser oder dem Erdreich nutzen. Der Trinkwasserspeicher spielt dabei eine zentrale Rolle, indem er das erwärmte Wasser speichert und bei Bedarf abgibt. Die Kombination aus Wärmepumpe und Trinkwasserspeicher mit Wärmetauscher bietet eine energiesparende Möglichkeit, Trinkwasser zu erwärmen. Solche Systeme sind umweltfreundlich und können dazu beitragen, den Energieverbrauch und die damit verbundenen Kosten zu reduzieren.

Der Wärmetauscher ist eine Vorrichtung, die die Wärme von der Wärmepumpe auf das Trinkwasser überträgt, ohne dass die Elemente miteinander in Berührung kommen. Der Trinkwasserspeicher ist ein Tank, der das erwärmte Wasser aufnimmt und speichert. Diese Speicher können verschiedene Größen haben, abhängig von den Bedürfnissen des Haushalts oder der Anwendung. Um Wärmeverluste zu minimieren und die Effizienz des Systems zu erhöhen, ist der Speicher gut isoliert. Eine effektive Isolierung trägt dazu bei, dass das Wasser in seinem erwärmten Zustand bleibt, selbst wenn es längere Zeit nicht verwendet wird.

Moderne Systeme verfügen über eine intelligente Regelung und Steuerung, die den Betrieb der Wärmepumpe und die Erwärmung des Wassers je nach Bedarf optimiert. Dies kann auch die Integration von Solarthermie oder anderen Wärmequellen einschließen, um die Effizienz weiter zu steigern. Die Trinkwasserspeicher für Wärmepumpen sind so konzipiert, dass sie den Anforderungen an die Trinkwasserhygiene entsprechen. Dies bedeutet, dass Materialien und Konstruktionen so gewählt werden, dass sie eine sichere Trinkwasserqualität gewährleisten.

Brauchwasserspeicher

Ein Brauchwasserspeicher mit Wärmetauscher ist eine Einrichtung, die speziell für die Erwärmung von Trinkwasser in Haushalten oder gewerblichen Gebäuden entwickelt wurde. Dieser Speicher ermöglicht die effiziente Bereitstellung von warmem Wasser für sanitäre Zwecke, wie das Duschen, Baden oder die Verwendung von warmem Wasser in der Küche. Der Brauchwasserspeicher dient also dazu, kaltes Trinkwasser auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen. Dies geschieht durch den Einsatz eines Wärmetauschers, der die Wärme von einer externen Wärmequelle auf das Trinkwasser überträgt und somit eine wichtige Komponente darstellt.

Der Wärmetauscher besteht aus einem Rohrsystem oder einer anderen Anordnung von Wärmeübertragungsoberflächen. Die Wärmequelle (zum Beispiel Heizkessel, Solarthermie, Wärmepumpe) überträgt Wärme auf den Wärmetauscher, der diese Energie an das kalte Trinkwasser abgibt, ohne dass sich die beiden Medien vermischen. Der Brauchwasserspeicher ist normalerweise gut isoliert, um Wärmeverluste zu minimieren. Eine effektive Isolierung sorgt dafür, dass das erwärmte Wasser seine Temperatur über einen längeren Zeitraum beibehält, selbst wenn es nicht sofort verwendet wird. Moderne Brauchwasserspeicher verfügen oft über integrierte Temperaturregelungen. Diese ermöglichen es den Benutzern, die gewünschte Warmwassertemperatur einzustellen und sorgen dafür, dass das Wasser mit dieser Temperatur aus dem Speicher abgegeben wird.

Durch die Verwendung eines Wärmetauschers wird die Effizienz des Systems verbessert, da er die Wärme von der externen Wärmequelle mit hoher Effizienz auf das Brauchwasser überträgt. Dies trägt dazu bei, Energie zu sparen und die Betriebskosten zu reduzieren. Brauchwasserspeicher mit Wärmetauscher können mit verschiedenen Wärmequellen kombiniert werden, was ihre Vielseitigkeit erhöht. Sie können beispielsweise mit Solarthermie, Gas- oder Ölheizung, Wärmepumpen oder anderen erneuerbaren Energiequellen verbunden werden. Diese Art von Speicher findet typischerweise Anwendung in Wohnhäusern, Mehrfamilienhäusern, Hotels oder anderen Gebäuden mit einem hohen Bedarf an warmem Trinkwasser. Der Brauchwasserspeicher mit Wärmetauscher ist eine effiziente und komfortable Lösung, um den täglichen Bedarf an warmem Wasser zu decken.

Hygienespeicher

Ein Hygienespeicher mit Wärmetauscher ist ein Kombigerät, welches zum einen Heizungswasser bevorratet und zum anderen für die hygienische Erwärmung von Trinkwasser entwickelt wurde. Somit vereinen diese Modelle die Aufgaben eines Pufferspeichers und eines Trinkwasserspeichers. Sie werden oft in Verbindung mit Wärmeerzeugern wie Heizkesseln oder Wärmepumpen eingesetzt und sind durch ihre 2-in-1-Funktion besonders platzsparend unterzubringen.

Diese Speicher bestehen aus einem isolierten Behälter mit verschiedenen Anschlüssen, der mit Heizungswasser gefüllt ist. Der Wärmetauscher im Inneren ermöglicht die effiziente Übertragung der Wärme auf das Trinkwasser, indem er das kalte Wasser von unten nach oben durch das Heizungswasser leitet. Auf diese Weise kann Trinkwasser mit hoher Temperatur aus dem Speicher abgegeben werden.

Im Gegensatz zu konventionellen Trinkwasserspeichern nutzen Hygienespeicher das Durchlaufprinzip. Das bedeutet, dass das Trinkwasser nur dann erwärmt wird, wenn es tatsächlich akut benötigt wird. Dies ist somit nicht nur eine platzsparende Lösung, sondern reduziert auch das Risiko der Vermehrung von Keimen und Legionellen. Besonders effizient sind Hygienespeicher mit Schichtladetechnik, die unterschiedliche Temperaturzonen im Speicher schaffen und die eingespeicherte Wärme länger nutzbar machen.

Hygienespeicher können nicht nur mit verschiedenen Wärmeerzeugern verbunden werden, sie sind ebenso sowohl mit nur einem Wärmeerzeuger (monovalent) als auch mit mehreren Wärmeerzeugern (multivalent) betreibbar. Ein weiterer Typ, der Solar-Hygienespeicher, kann die thermische Energie einer Solarthermieanlage aufnehmen und für Heizung sowie Warmwasserbereitung nutzen.