29. März 2023 – Einfach Wärme im Sommer speichern und im Winter nutzen - warum das nicht so einfach geht, lesen Sie hier
Die Idee klingt gut: Wir speichern einfach den Überschuss der Wärme im Sommer und nutzen diesen in Winter. Welche Hürden es dabei allerdings gibt, soll in diesem Bericht kurz erläutert werden. Das Prinzip ist ja bekannt: Bei der thermischen Solaranlage wird auch Energie gespeichert. Nur eben für einen wesentlich kürzeren Zeitraum.
Als Quelle dient die Zeitschrift SBZ-Monteur Ausgabe 02.2023
Als erstes sind die Temperaturen wichtig. Für den Bereich der Heizung werden meistens Temperaturen bis 90 °C gespeichert. Die zweite Grenze ist das untere Temperaturniveau. Um z.B. noch ausreichend warmes Wasser zum Duschen zu erzeugen, sollte die Temperatur nicht unter 45 °C sinken. Ausnahme: Dient die Speicherung nur dazu, eine Flächenheizung zu betreiben (Decken- oder Fußbodenheizung), kann die Temperatur auf etwa 35 °C abgesenkt werden.
Wie kann Energie gespeichert werden? Dazu gibt es drei Möglichkeiten:
Sensible Wärme
... ist die einfachste Form der Wärmespeicherung. Sensible deshalb, da diese Art der Speicherung mit den menschlichen Sinnen direkt fühlbar ist. Beispiel: Ein Stein wird im Feuer erwärmt und gibt später die Wärme, z.B. als Nachtlager, ab. In der Heizungstechnik arbeiten wir jedoch nicht mit Steinen, sondern mit Wasser. Dabei gilt: je heißer der Speicher, desto mehr Energie ist darin enthalten.
Latente Wärme
Latentwärmespeicher besitzen ein Speichermedium, meist ein Salz oder Paraffin, welches den Aggregatzustand bei Wärmezufuhr und Wärmeabgabe ändert. So kann der Zustand sich z.B. von flüssig zu fest verändern, wenn Energie gespeichert wird. Wird später die Wärme entnommen, wird aus fest wieder flüssig. Beispiel: die im Handel erhältlichen Handwärmer.
Thermochemische Wärme
Ein Beispiel hier ist das Material Zeolith. Das sind kleine Steinchen mit einer ungeheuren großen Oberfläche. Diese erwärmen sich bei Kontakt mit Wasser. Trocknet man das Zeolith (z.B. durch Solarenergie) anschließend wieder, regeneriert man das Material und der Prozess kann von vorne anfangen.
Auf den ersten Blick scheint es einfach zu sein: Die sensible Wärme wird in einem Pufferspeicher gespeichert (indem das Wasser darin erwärmt wird). Einen großen Nachteil hat das Ganze aber: Sobald der Ladevorgang abgeschlossen ist, beginnt der Puffer sofort mit der Abkühlung. Der Speicher gibt seine Wärme an die Umgebung ab, z.B. den kühlen Keller oder die Erde. Eine Isolierung kann diesen Effekt nur verzögern und verringern, aber nicht verhindern. Die Wärme hält sich hier also nur eine begrenzte Zeit.
Bei den anderen Methoden sieht das anders aus: Es ist egal, ob der Handwärmer lange in einem kalten Keller gelegen hat. Sie können die Energie trotzdem jederzeit abrufen. Zeolithe können Sie stundenlang den kalten Temperaturen im Winter aussetzen, dann mit Wasser benetzen und die Wärmeenergie abrufen.
Und was bedeutet das jetzt in der Praxis? Ein Beispiel: Ein hochgedämmtes Gebäude verbraucht 1.000l Heizöl. Welche Größe müsste ein Pufferspeicher haben, um die benötigte Energiemenge speichern zu können? Das Temperaturniveau liegt zwischen 35 – 90 °C.
- 1.000 l Heizöl entsprechen etwa 10.000 kWh und passen in einen Behälter von 1x1x1 m =1 m³
- 1.000 l Paraffin in dem gleichen Tank könnten etwa 220 kWh speichern
- 1.000 l Zeolith in dem gleichen Tank könnten etwa 300 kWh speichern
- 1.000 l Wasser in dem gleichen Tank könnten etwa 64 kWh speichern
Jetzt wird schon klar: So einfach lässt sich diese Menge Wärmeenergie nicht speichern. Heizöl hat hier einfach große Vorteile in der Energiedichte (das soll keine Werbung für Heizöl sein, sondern einfach nur die Unterschiede verdeutlichen).
Nehmen wir an, wir können den Speicher so hoch bauen wie wir wollen und lassen dabei nur die Grundfläche von 1x1 m (1 m²) gleich. Wie hoch würden die Speicher werden, um 10.000 kWh Energie aufzunehmen?
- Der Speicher mit latenter Wärme (Paraffine) wäre etwa 45 m hoch
- Der Speicher mit Zeolithen wäre etwa 33 m hoch
- Der Speicher mit Wasser wäre etwa 156 m hoch
Der Platzaufwand wäre also erheblich größer. Daher funktioniert dieses Prinzip derzeit auch nur in Passivhäusern (sogenannte Sonnenhäuser). Hier kommen die klassischen Pufferspeicher zum Einsatz.
Die beiden anderen Methoden sind in diesen Größenordnungen schlicht noch zu teuer, aber wer weiß was die Zukunft bringt?