Was ist ein Pufferspeicher und was ist der Unterschied zum Boiler?
Der Warmwassertank oder auch oft «Boiler» genannt ist den meisten ein Begriff. Schon einmal so früh aufgestanden, dass die Dusche einfach nicht heiß wurde? Oder haben Ihre Mitbewohner ganze Arien im Bad angestimmt, sodass für Sie nur noch kaltes Wasser aus der Brause strömte? Dann war wohl kein Warmwasser mehr im Boiler.
Im Gegensatz zum Warmwassertank sind Pufferspeicher deutlich weniger verbreitet, dabei erfüllen Sie eine ganz ähnliche Aufgabe. Allerdings nicht für ihr Brauchwarmwasser, sondern für das Heizwasser. Man kann also auch von Heizungsspeichern sprechen – auch «Wärmepumpenspeicher» liest man auf so mancher Offerte. Dabei ist der Name Pufferspeicher eigentlich Programm: Wenn Sie eine Wärmepumpe an den Pufferspeicher anschließen, dann überbrückt dieser den Zeitraum zwischen Wärmeerzeugung und Nutzung effizient. Diese Speicherung von thermischer Energie dient also effektiv als Puffer, der Schwankungen und die zeitliche Versetzung zwischen bestem Erzeugungs- und Verbrauchszeitpunkt ausgleicht.
Wieso ist der Pufferspeicher erst bei Wärmepumpen ein Thema?
Theoretisch könnte man den Pufferspeicher auch bei einer Gas- oder Ölheizung einsetzen. Allerdings ist der Mehrwert beim Anschluss von Pufferspeicher an die Wärmepumpe deutlich höher. Das liegt an einer grundlegenden Herausforderung in der Wärmeerzeugung mit diesen Maschinen. Wärmepumpen beziehen Wärmeenergie gratis aus der Umwelt und nicht über das Verbrennen von Fossilen bei mehreren hundert Grad Celsius. Unabhängig davon, ob eine Wärmepumpe als Quelle Luft, das Erdreich oder das Grundwasser nutzt, die Quelltemperatur ist genau dann am tiefsten, wenn die Heizung am dringendsten gebraucht wird. Ist es draußen kalt, dann muss die Heizung arbeiten – aber gleichzeitig gibt sie auch am wenigsten her.
Zum einen schwankt die Temperatur also über das Jahr hinweg. Im Sommer ist es draußen heiß (hohe Quelltemperatur), die Heizung wird aber erst im Winter beansprucht. Zum anderen schwankt die Temperatur aber auch tagsüber stark. Zwischen Tag und Nacht kann die Temperaturdifferenz gerne einmal 10°Kelvin ausmachen. Das können Wärmepumpen und Pufferspeicher sich gemeinsam zunutze machen. Bei guten Bedingungen heizt die Wärmepumpe das Heizwasser im Pufferspeicher auf, das dort zwischengespeichert wird. In der kalten Nacht macht die Maschine keinen Lärm und die gespeicherte Wärme zirkuliert durch die Heizabgabesysteme. Ein Pufferspeicher kann also auch einige Vorteile bringen.
Wie profitieren Sie vom Anschließen eines Pufferspeichers an die Wärmepumpe?
Es gibt eine Handvoll Mechanismen, über welche der Pufferspeicher ein ganzes Wärmepumpensystem effizienter macht. Das führt im Betrieb dazu, dass weniger Heizkosten anfallen und der Komfort hoch bleibt. Für die richtige Wahl des passenden Pufferspeichers ist es hilfreich sich über diese Mechanismen im Klaren zu sein. Daraus resultieren dann unmittelbar die Kriterien, die der richtige Speicher erfüllen muss.
Speicher Mechanismen
Weniger Schaltzyklen
Wärmepumpen laufen nicht durchgehend, sondern richten sich am Bedarf aus. Sie schalten sich ein, erzeugen für eine Weile Wärme und schalten sich dann wieder aus. Das nennt man einen Schaltzyklus. Grundsätzlich gilt es nicht zu viele Schaltzyklen in kurzer Dauer zu haben, da diese die Lebensdauer des Verdichters verkürzen. Ein Pufferspeicher hilft mit, dass weniger Ein-Aus-Schaltzyklen notwendig werden, womit also die Lebensdauer der installierten Komponenten und der ganzen Wärmepumpe verlängert wird. Das wirkt sich auch auf die Wartungskosten positiv aus.
Optimierung des Wärmepumpenbetriebs im effizientesten Bereich
Moderne Wärmepumpen arbeiten mit variabler Geschwindigkeit. Das heißt sie takten ihre Leistung flexibel nach Bedarf und geben nicht immer volle Leistung. Man spricht von Inverter- oder auch modulierenden Wärmepumpen. Dennoch gibt es einen optimalen Leistungsbereich indem die Maschinen am effizientesten arbeiten. Vergleichen können Sie das mit einem Auto. Der Benzinverbrauch ist in höheren Gängen mit tieferer Drehzahl geringer, allerdings bei relativ geringem Tempo für den jeweiligen Gang und das natürlich auch nur wenn Sie dieses Tempo konstant halten können. Müssen Sie die gleiche Strecke in sehr kurzer Zeit zurücklegen oder aber immer wieder abbremsen und beschleunigen ist der Verbrauch deutlich höher. Dank Pufferspeicher können also auch vollmodulierende Wärmepumpen möglichst konstant im optimalen Bereich arbeiten.
Verfügbarkeit bei Spitzenlasten
Bei plötzlichem hohem Wärmebedarf im Haushalt, beispielsweise wenn Sie bei starker Abkühlung die Fenster versehentlich geöffnet gelassen habe oder an einem kalten Tag Ihre Heizkörper wärmer stellen möchten kann der Pufferspeicher für die zusätzliche Wärme unterstützend wirken, ohne dass die Wärmepumpe überfordert wird. Dies entlastet die Wärmepumpe und trägt zur Energieeffizienz bei.
Energiespeicher
Gerade für Besitzer von Solar oder PV-Anlagen sind die Kombination Wärmepumpe und Pufferspeicher eine ausgezeichnete Option, um Geld zu sparen:
Bei einem PV-Überschuss ohne Pufferspeicher müssen Sie den Strom ins Netz rückspeisen, dafür erhalten die Anlagenbesitzer allerdings nur einen Bruchteil vom Marktpreis der rückgespeisten Stroms. Wenn Sie eine Stunde später genau diesen Strom brauchen, dann bezahlen Sie den deutlich höheren Marktpreis. Deshalb gilt es im Falle von PV-Anlagen möglichst keinen Strom zurück ins Netz zu speisen, sondern diesen wann immer möglich selbst zu nutzen.
Mit einem Pufferspeicher, sind Sie im Falle von überschüssigem Strom aus der PV-Anlage, den Heizungsspeicher schon vorrätig mit Heizwasser zu füllen. Dafür können Sie die Wärmepumpe sozusagen gratis betreiben.
Sperrzeiten & Stromausfälle
Ihr Elektrizitätswerk hat die Möglichkeit «Sperrzeiten» während der Spitzenlast zu bestimmen. Das heißt wenn der allgemeine Stromverbrauch sehr hoch ist, laufen Wärmepumpen nicht um das Stromnetz nicht zu überlasten. In dieser Zeit können Ihre Wärmepumpen also keinen Strom verbrauchen, dank gespeicherter Wärme im Puffer ist das allerdings kein Problem. Auch bei Stromausfällen zahlt sich ein Puffer aus, ist es draußen nämlich sehr kalt und die Wärmepumpe läuft nicht, dann drohen die Wasserzuleitungen einzufrieren. Weil diese ca. 50-100cm im Erdboden versenkt sind, geht das ohnehin einige Zeit. Wenn aber im Puffer noch warmes Wasser vorhanden ist, müssten sowohl Stromausfall, als auch Minustemperaturen über mehrere Tage andauern, bis das Wasser auch nur ansatzweise einfrieren könnte.
Nach welchen Kriterien wählt man den richtigen Pufferspeicher?
Wer den Pufferspeicher an die Wärmepumpe anschließen kann, profitiert also von einer Vielzahl an Vorteilen. Abhängig von den persönlichen und gebäudespezifischen Umständen, wiegen aber einige Punkte schwerer als andere.
Das sollte dann auch den Ausschlag geben, welche Art von Pufferspeicher Sie anschließen. So gibt es zum einen verschiedene Arten von Speicher (Kombispeicher oder Wärmepumpen Pufferspeicher) und zum anderen verschiedene Ausführungen desselben Speichers (in erster Linie das Speichervolumen). Wenn Sie den Heizungsspeicher mit der Wärmepumpe zusammenkaufen, sollten Sie dabei auf die kompetente Beratung Ihres Verkäufers zählen können. Es kann allerdings nichts schaden, die Grundlagen zu kennen.
Auswahl des richtigen Speichertyps
In diesem Punkt herrscht üblicherweise relativ bald Klarheit. Hersteller, Verkäufer und Installateure von Wärmepumpen haben üblicherweise sehr gute Bedingungen mit Speicherherstellern ausgehandelt und können auf Ihre Situation bezogen schnell beurteilen, welche Art von Speicher sie benötigen.
Klassische Pufferspeicher, dienen nur der Speicherung von Heizwasser. Der Boiler für das Warmwasser ist ein separater Speicher. Dennoch gibt es die Möglichkeit, einen sogenannten Kombispeicher zu installieren, der beides kann. Weil die Architektur dabei etwas anspruchsvoller ist, zahlen Sie auch einen entsprechenden Aufpreis für einen Kombispeicher. Ebenfalls eine Option ist ein sogenannter Hygienespeicher. Im Hygienespeicher wird das Warmwasser nicht direkt im Speicher gespeichert, sondern fließt dank Durchlauferhitzung durchgehend. So können sich Legionellen nur sehr schwer bilden, was auch der Grund ist wieso man vom "Hygiene" -Speicher spricht.
Je mehr Systeme einem Pufferspeicher zuarbeiten, desto mehr Anschlüsse muss dieser typischerweise vorweisen können. Ein wesentlicher Unterschied von einem normalen Heizpufferspeicher zu einem Pufferspeicher mit Solaranlage ist ein zusätzlicher Wärmetauscher. Dieser hilft, die zusätzliche Energie von der Anlage auf dem Dach effizient ihrem Speicher zuzuführen.
Aber nochmals: Machen Sie sich keine großen Sorgen bei der Auswahl des richtigen Speichertyps. Diese Frage sollte sich im Verlauf der Gespräche zum Paket rund um die Wärmepumpe schnell klären.
Auswahl des richtigen Modells
Denselben Speichertyp gibt es üblicherweise in verschiedenen Ausführungen. Den buchstäblich größten Unterschied macht dabei der Entscheid über das Speichervolumen. Pufferspeicher sind ab 100Litern bis zu mehreren tausend Litern erhältlich. Aber wie entscheidet man über die richtige Größe für den Speicher?
Zum Glück gibt es dafür einige Faustregeln und Entscheidungshilfen. Mehr Volumen bedeutet im Grunde vor allem, dass mehr Heizenergie gespeichert werden kann. Die meisten oben erwähnten Vorteile werden also größer, je mehr Speichervolumen sie haben. Trotzdem ist der größte Speicher nicht gleich der beste Speicher. Denn obwohl moderne Pufferspeicher sehr gut isoliert sind, gibt es über mehrere Tage hinweg gewisse Wärmeverluste. Wählen Sie also einen Pufferspeicher, der überdimensioniert ist, kühlt sich das mit Energie erwärmte Wasser langsam ab, bevor es genutzt wird und muss erneut erwärmt werden – ein unnötiger Energieverlust. Außerdem dauert die Erhitzung einer großen Wassermenge auf die gewünschte Temperatur auch spürbar länger.
Eine übliche Faustregel besagt, dass für jedes kW Heizleistung 50-70 Liter Puffervolumen Sinn machen. Wichtig dabei: auch wenn die Warmwassererzeugung über dieselbe Heizung läuft, dann rechnen Sie diese nicht ein – schließlich haben Sie für das Warmwasser einen speziellen Warmwasserspeicher mit anderen Spezifikationen. Die Ausnahme ist der Kombispeicher.
"50-70 Liter Puffervolumen pro kW Heizleistung ist eine übliche Faustregel"
Weitere Faktoren, die das beste Puffervolumen beeinflussen sind:
- Die Art der Heizung: Wärmepumpen benötigen mehr Volumen als fossile Heizungen.
- Heizbedarf der Bewohner: Kinder oder ältere Personen wünschen in der Regel etwas höhere Temperaturen und entsprechend ist der Heizbedarf unterschiedlich. Interessanterweise gibt es auch zwischen den Geschlechtern Unterschiede in der Idealtemperatur.
- Die Quelle und Quelltemperatur: Erdwärme und Grundwasserwärmepumpen sind etwas effizienter in der Erbringung von höheren Temperaturen und benötigen deshalb ein etwas geringeres Speichervolumen als Luftwasserwärmepumpen
- Erbrachte Heizleistung: Zwischen Heizleistung und Speichervolumen gibt es direkte Abhängigkeiten. Wenn der Speicher sehr klein ist, droht die Gefahr, dass dieselbe Leistung das Heizwasser überhitzt wodurch der Speicher beschädigt werden kann. Bei Wärmepumpen ist diese Gefahr allerdings deutlich geringer als bei fossilen Heizungen.
- Isolation & Heizabgabesystem: Je nach dem energetischen Zustand des Hauses und der nötigen Vorlauftemperatur nimmt das ideale Speichervolumen zu.
- Verbundene Systeme: Existiert eine PV- oder Solaranlage, macht es Sinn einen etwas größeren Speicher zu wählen, damit mehr Energie gespeichert werden kann.
Mit den Gesetzen der Physik können Sie übrigens auch nachrechnen, wie lange ein Pufferspeicher im schlimmsten Fall (bei Maximalleistung der Wärmepumpe) einen Ausfall komplett überbrücken könnte.
Relevant dafür sind:
- (A) Die Wärmekapazität von Wasser (das heißt wie viel Wärmeenergie in Wasser gespeichert werden kann), diese liegt konstant bei 1'163 kWh pro kg Wasser.
- (B) Die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf (gemessen in Kelvin). Um so viel Grad Kelvin muss das Wasser im Speicher erhitzt werden, damit es wieder mit der gewünschten Vorlauftemperatur durch Radiatoren/Fußbodenheizung läuft.
- (C) Das Volumen ihres Pufferspeichers in Kubikmetern (Anzahl Liter durch 1000 dividieren)
- (D) Und natürlich die Leistung der Wärmepumpe damit Sie wissen, wie schnell die nötige Arbeit verrichtet werden kann.
Die maximale Überbrückungszeit in h ist dann gleich = [(A) * (B) * (C)] / (D)
Aufgepasst: bevor Sie jetzt zum größten Speicher greifen, sollten Sie daran denken, dass Sie diesen auch in Ihrem Keller aufstellen müssen. Erstens muss im Keller der nötige Platz vorhanden sein und zweitens müssen Sie den Speicher überhaupt in den Keller transportieren können. Gerade der letzte Faktor wird oft unterschätzt. Wenn Kellereingänge normale Türgrößen haben oder nur über eine gewundene Treppe zugänglich sind, dann sollten Sie diese vor dem Einkauf noch vermessen. Beachten Sie dazu vor allem das sogenannte «Kippmaß» des Speichers, welches die Grösse beim umgekippten Transport angibt.
Wie Sie sehen, ist das Speichervolumen also ein großes Thema bei der richtigen Modellauswahl. Die anderen Optionen, über welche Sie noch entscheiden können, befassen sich mit den verwendeten Materialien. Da ein Speicher naturgemäß viel Wasser ausgesetzt ist, kann es sich lohnen die Wärmepumpe an einen Pufferspeicher anzuschließen, der aus rostfreien Materialien besteht. Hier haben Sie die Auswahl zwischen Edelstahl oder einem emailliertem Speicher. Beide kommen mit einem Aufpreis aber einer etwas längeren wartungsärmeren Lebenszeit.
Fazit
Ganz allgemein ist die Kernfunktion eines Pufferspeichers, die Gesamteffizienz des Systems zu erhöhen. Das geht durch Verhindern von ineffizientem Betrieb des Wärmeerzeugers und zeitlichen Ausgleich zwischen Erzeugung und Verbrauch von Wärme, welche naturgemäß auseinanderliegen.
Wer den Pufferspeicher an die Wärmepumpe anschließt kann besonders an kalten Tagen und bei potenziell länger andauernden Stromausfällen die Leitungen vor dem Einfrieren/Erstarren schützen. Der Heizungsspeicher fungiert also sozusagen auch als Versicherung.
Nachteile von Pufferspeichern sind eigentlich nur die zusätzlichen Kosten in der Anschaffung, die jedoch im Betrieb eindeutig wettgemacht werden. Gemeinsam mit dem Boiler benötigen beide Speicher Platz, dafür gibt es als Option aber immer auch die spürbar teurere Option eines Kombispeichers.
