Warm- bzw. Heißwasserspeicher

1. Grundlagen/ Aufbau

Als typischer Wärmespeicher zur Bereitstellung von Wärme auf einem Temperaturniveau bis 100 °C gilt der Warm- bzw. Heißwasserspeicher. Er ist kostengünstig und vielseitig einsetzbar. Kleinere Ausführungen sind oft in Heizsystemen von Ein- und Mehrfamilienhäusern zu finden, insbesondere um Solarenergie einzubinden. Diese häuslichen Warmwasserspeicher sind ab ca. 100 l sinnvoll einsetzbar und erlauben Speichertemperaturen bis ca. 70 °C. Lediglich die Langzeitspeicherung ist aufgrund des schlechten Verhältnisses von Volumen zu Oberfläche nur bedingt möglich. Hohe Wärmeverluste sind die Folge. Um Wärme über Wochen oder sogar Monate speichern zu können, sind größere Speichervolumen notwendig. Will man komplette Nahwärmenetze solarthermisch beheizen, werden Speichervolumina ab ca. 1.000 m³ und Speichertemperaturen bis 95 °C erforderlich /Mangold et al./. Dieses große Volumen und der damit verbundene große Platzbedarf muss allerdings auch in die vorhandene Infrastruktur integriert werden. Es besteht die Möglichkeit diesen Speichertyp ober-, unterirdisch oder gebäudeintegriert aus-zuführen. /AEE/, /Ochs et al. 1/

Die Behälterwandungen sehr großer Heißwasserspeicher sind mittlerweile in wasserdichtem Stahlbeton ausgeführt. Früher wurden dazu Edelstahlbleche verwendet. Bei Neuentwicklungen werden auch glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) genutzt. Damit können Größen von bis zu 6.000 m³ /AEE/ erreicht werden. Das benötigte Volumen hängt von vielen Faktoren wie Wärmebedarf, Speichertyp und -geometrie, etc. ab. Kleinere Speicher, wie sie beispielsweise in Einfamilienhäuser verbaut werden, werden nach wie vor aus Edelstahl gefertigt.

Abb. 1: Schema Heißwasserspeicher

2. Speichermaterial

Der Tank an sich wird mit Wasser gefüllt. Durch die hohe spezifische Wärmekapazität von Wasser können sehr große Mengen an Energie gespeichert werden. Wasser eignet sich sehr gut als Transportmedium und ist leicht in hydraulische Systeme zu integrieren. Bei drucklosen Speichern können Temperaturen bis zu 95 °C erreicht werden. /Mangold et al./ Wenn die Konstruktion dampfdicht ist, sind durch Erhöhung des Druckes auch höhere Temperaturen zulässig.

3. Be- und Entladen

Der Heißwasserspeicher wird mittels Rohrleitungen be- und entladen. Um die hohen Temperaturen des einströmenden Wassers beizubehalten, wird sehr viel Wert auf die Schichtung während der Beladungsphase gelegt. Dazu werden in verschiedenen Speicherhöhen jeweils Zufluss- bzw. Abflussrohre eingebracht (siehe Abb. 1), über die Wasser eingespeichert bzw. später ent-nommen werden kann.

4. Größe

Warm- bzw. Heißwasserspeicher sind in einem sehr weiten Größenbereich (von 0,1 m³ bis mehrere tausend m³) verfügbar. Um energetisch effizient arbeiten zu können, ist oft eine Mindestgröße der Speicher notwendig. Unter dieser Größe sind die volumenbezogenen Wärmeverluste zu hoch. Natürlich können auch kleinere Ausführungen für spezielle Anwendungen geeignet sein, nur müssen die Rahmenbedingungen (Speicherdauer, Wassertemperatur, Schichtung, Dämmung, etc.) dafür stimmen. /Raab/

5. Anforderungen

In der Regel sind keine speziellen Anforderungen notwendig, wenn man vom benötigten Bauraum absieht. Große Heißwasserspeicher sind größtenteils unterirdisch oder als Hügel in die Infrastruktur integriert. Dabei sollte der Untergrund eine gewisse Festigkeit aufweisen und möglichst frei von Grundwasser sein.

6. Kosten/Wirtschaftlichkeit

Die Kosten für diesen Speichertyp sind von Bauart, Abdichtung bzw. Dämmung, Speichervolumen und Standort abhängig und variieren zwischen 0,50 und 7,00 EUR pro kWh. /AEE/, /Schmidt-P., Milles/

7. Technische Reife

Trotz des einfachen Prinzips und der fortgeschrittenen Entwicklung von Langzeitwärmespeichern sind große Heißwasserspeicher noch immer Gegenstand der Forschung. Die Frage der Wirtschaftlichkeit ist noch nicht vollkommen geklärt. Kleinere Ausführungen im konventionellen Bereich sind bereits ausführlich erprobt und in weiten Leistungsbereichen erhältlich.

8. Nutzungssektor

Die häufigste Anwendung kleiner Warmwasserspeicher ist in Kombination mit einer Heizungsanlage in Ein- oder Mehrfamilienhäusern. Größere Speicher können Wärme für Nahwärmenetze oder direkt für einen Großabnehmer speichern. Die Abwärme zyklisch verlaufender Industrieprozesse kann hierbei die Beladung des Speichers sicherstellen.