Der optimale Schichtspeicher

Neben Energiespeicher-Lösungen waren Wärmespeicher der große Trend auf der Intersolar. Verständlich, bedenkt man, dass man mit einem modernen Wärmespeicher 30 bis 70% Energie in Haushalt und Industrie einsparen kann. Doch was macht einen modernen Wärmespeicher aus? Worauf sollte man bei der Anschaffung achten und wohin werden sich die Technologien in den nächsten Jahren entwickeln? Was ist also zukunftssicher? Energy-Mag beleuchtet den optimalen Wärmespeicher.

Der optimale Wärmespeicher macht sich ein physikalisches Naturgesetz zu Nutze. Wasser leitet Wärme schlecht. Auch für den optimalen Schicht-Wärmespeicher dient einmal mehr die Natur als Vorbild. In einem stehenden Gewässer, einem See also, schichten sich die unterschiedlichen Wassertemperaturen wie selbstverständlich und automatisch in verschiedenen Schichten.

Zu beachten ist hierbei, dass Wasser zwar ein sehr schlechter Wärmeleiter, hingegen aber ein sehr guter Wärmespeicher ist. So wird es in einem See im untersten Bereich selbst im tiefsten Winter nie kälter als +4° Celsius. Diese physikalische Eigenschaft des Wassers gilt es für den Menschen zu nutzen.

Wärme in Schichten speichern

Frühe Pioniere der Schichtspeicher-Technik begannen in den 80er und 90 Jahren sogenannte Pufferspeicher zu entwickeln, um der gerade aufkommende Solartechnik ein geeignetes Speichermedium zu bieten. Denn die Sonne scheint nicht immer.

Das grundlegende Problem eines modernen Schichtspeichers ist der Wasserzufluß. Unterschiedliche Temperaturen, unterschiedliche Fließgeschwindigkeiten und Mengen müssen im Speicher geschichtet werden – ohne – dass es zu Verwirbelungen kommt. Denn ist das Wasser im Speicher erst einmal verwirbelt, mischen sich die unterschiedlichen Temperaturen zu einer Durschnittstemperatur und aus dem Schichtspeicher wird ein Wasserbecken.

Dieses Problem schien für viele Jahre nicht zu lösen, denn wie sollte man Wasser unterschiedlicher Temperaturen in einen Speicher einfließen lassen ohne das bereits enthaltene Wasser zu verwirbeln? Doch auch hier fanden deutsche Tüfler und Ingenieure, wie sollte es anders sein, ein verblüffende und zugleich einfache Lösung.

Der Latte Macchiato als Vorbild

Ein guter Barista weiß, was einen guten Latte ausmacht: die perfekte Schichtung. Ganz unten die heiße Milch, in der Mitte der Espresso und obendrauf der Milchschaum. Dies erreicht der Profi, indem er die Zuflußgeschwindigkeit der Zutaten auf ein Minimum reduziert. Er benutzt hierzu in aller Regel einen Latte-Löffel und läßt die einzelnen Flüssigkeiten über den Löffelrücken zufließen. Nur ein wahrer Barista beherrscht diese Kunst. Und so ist das auch bei der Warmwasser-Schichtspeicher-Technologie.

Schichtspeicher oder Rührspeicher?

Viele handelsübliche Schichtspeicher nennen sich zwar so, sind in Wahrheit aber lediglich Rührspeicher. Sie verwirbeln das zufließende Wasser so sehr, das sich die Temperatur und damit Wasserdichten vermischen und somit eine Durchschnittstemperatur entsteht.

Der Zufluss trennt die Spreu vom Weizen

Die Firma Ratiotherm aus Dollnstein im idyllischen Altmühltal hat ein patentiertes Zuflusssystem entwickelt, das es unterschiedlichen Temperatur-Dichten ermöglicht, sich wie selbstverständlich im Schichtspeicher an der richtigen Stelle anzudocken, ohne die anderen Temperatur-Dichten zu verwirbeln.


Der patentierte Schichtspeicher-Einsatz entschleunigt das zufließende Wasser und sortiert es gemäß seiner Dichte (Temperatur) vor.

Und so funktioniert es genau

Das Herzstück des Speichers, der themohydraulische Schichteinsatz, entkoppelt das zufließende Wasser vom bereits geschichteten Wasser im Schichtspeicher. Innerhalb des Schichteinsatzes wird das Wasser gemäß seiner Dichte und Temperatur vorsortiert.

Ein physikalischer Fahrstuhl sortiert das Wasser

Diese thermohydraulische Schichtspeichertechnik beruht ausschließlich auf physikalischen Grundlagen und Naturgesetzen. Durch das patentiertes System von Querschnittsveränderungen, Umlenkungen und Strömungsöffnungen, benötigt es zur Funktion weder mechanische, noch elektrische oder elektronische Bauteile.

Das zufließende Wasser mündet vorsortiert in der entsprechenden Temperaturzone des Mehrkammern-Schichteinsatzes. Über dieses Mehrkammersystem in der Speichermitte erfolgt das Auf- und Absteigen von Wärmeströmen wie in einem Fahrstuhl vollkommen beruhigt und verwirbelungsfrei.

Die Strömungsgeschwindigkeit (kinetische Energie) des Heizwassers wird so weit herabgesetzt, bis Schwerkraftverhältnisse vorherrschen und dadurch eine thermodynamische Schichtung von Wasser möglich ist. Bereits bestehende unterschiedliche Temperaturschichten werden nicht vermischt, hochwertige Energieschichten mit hohen Temperaturen nicht zerstört und das selbst während zu- und abfließender großer Volumenströme.

Die Wärmebildaufnahmen von Jenoptik zeigen wie ein moderner Schichtspeicher optimal mit warmem Wasser beladen wird.

Diese Technik erreicht in der Praxis die meisten Temperaturzonen: In der unteren kalten Zone findet eine Entwärmung im geringsten Ausmaß statt. Die Isolierung der oberen heißen Zone erfolgt lückenlos. Auf innenliegende Wärmetauscher wird bewusst verzichtet.

Ein genial einfaches System, das aufzeigt, welche Kriterien ein optimaler Schichtspeicher heute erfüllen muss. In Verbindung mit einem hydraulischen Abgleich (Wir berichteten hierüber. Mehr >>) des gesamtem Heizsystems lassen sich nach Auffassung vieler renommierter Heizungstechniker Energieeinsparungen von 50% und mehr realisieren.

Bei weiter steigenden Energie-Preisen schreit die Zukunft geradezu nach mehr Schichtspeicher-Technologie in jedem Haushalt und Industriebetrieb.


Wie ein guter Schichtspeicher: Ein guter Latte Macchiato sollte aus drei Schichten beste­hen, die sich möglichst wenig miteinander vermi­schen: ganz unten die heiße Milch, in der Mitte der Espresso und obendrauf der Milchschaum. © Kaffeemagazin.com

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Comments

  1. Marc Thomas says:

    Ist dieses Prinzip des thermohydraulischen Schichtspeichers denn so besonders? Bzw. arbeiten andere Schichtspeicher nicht nach dem gleichen Prinzip?

    • Das Besondere ist die konsequente Umsetzung des Prinzips in ein effizientes Produkt. Viele Details entscheiden im praktischen Betrieb wie gut ein Schichtenspeicher arbeitet. Beim Oskar° wird diese Schichtfähigkeit zur Kernkompetenz. Im Labor lässt sich vieles ideal gestalten. Wie sieht es aus wenn zeitgleich Wasserströme durch Trinkwassererwärmung, Heizkreisbetrieb und Solaraktivität stattfinden? Spätesten jetzt wird klar, dass nur eine ausgeklügelte Technik die Separierung unterschiedlicher Wassertemperaturen aufrechterhalten kann. Schwächelt das Konzept, kommt es zur Durchmischung. Hieraus folgt die Bildung mittlerer Temperaturen im Speicher. Die Heizungsregelung quittiert dieses mit der Kesselanforderung (Brennerbetrieb), da die Warmwasserbereitschaft ca. 60° im oberen Bereich einfordert und die Solaranlage stellt Ihren Betrieb ein, da der unterste Bereich zu warm geworden ist. Der sparsame betreib ist dahin.
      Temperaturen und Volumenströme wollen aufeinander abgestimmt sein.
      Beim genaueren Hineinsehen in das Schnittbild eines Speichers wir klar, welchen Aufwand der Hersteller für diese Aufgabestellung betrieben hat. Der Begriff Schichtspeicher ist hier dehnbar. Der Einsatz von einfachen Schichtblechen und/oder gerichteten Einströmlanzen führt kaum zur zufriedenstellenden Umsetzung dieser Aufgabestellung. Viele Systemanbieten haben einen Schichtspeicher im Programm und dieser ist auf die spezielle Anwendung ausgelegt. Der Oskar° ist universeller unterwegs. Er lässt sich Heute und Morgen mit entsprechenden Modulen versehen und schafft somit eine Unabhängigkeit vom Kesselanbieter oder sogar vom Heizkonzept (Öl, Gas Pellet, Holzkessel/Ofen, Solar, Wärmepumpe, Fernwärme etc).
      Wer heute mit einem Oskar° z.B. mit Solarthermie neben seinem Öl- oder Gaskessel anfängt kann auch später, wenn modernere und preisgünstige Wärmeerzeuger angeboten werden (vielleicht in 5 oder 10 Jahren eine Brennstoffzelle) hervorragend diesen Schichtspeicher weiterverwenden. Viel großen Produktanbieter wechseln ihr Paket mit der Kesselgeneration.
      Für solare Warmwasserunterstützung Paket I, für Heizungsunterstützung Paket 2. Wer später umrüstet kann häufig den Speicher ausbauen. Steht im Mittelpunkt ein modulares Konzept auf der Basis eines effizienten Energie/Wärmemanagers, ist man für Veränderungen gewappnet.

  2. Mücksch, Ronald says:

    Endlich mal ein Artikel, wo genau der Kern der Problematik angesprochen wird. Als Laie so wie ich, der ein optimales Heizsystem sucht, findet man selbst eigentlich nicht genau diese Kernfrage: Was passiert, wenn Solar und Brenner gleichzeitig warmes Wasser zuführen und eine Person heißes Wasser zum Duschen abführt? Natürlich, alle Speicher bekommen ein echtes Problem mit der Vermischung der Temperaturschichtung. Und weil alle (die Außnahme bestätigt die Regel) Hersteller dieses Problem nicht wirklich im Griff haben, wird es auch bei keinem einzigen Hersteller von „Schichtspeichern“ so klar formuliert. Jeder erzählt, wie hoch effizient sein Schichtspeicher ist, Und hat man sich dann so ein Superteil eingebaut, wundert man sich irgend wann, wieso die Solaranlage scheinbar fast nichts bringt, obwohl für eine Stunde die herrlichste Wintersonne schien. Oder noch extremer wie bei mir, mein Baumarkt-1000l-Speicher wurde durch Solar nie heißer als 50 Grad obwohl von früh an die Sonne schien. Selbst im Sommer lief der Brenner auch weil der Speicher über Nacht 10 Grad Verlust hatte, obwohl er mit 15cm Hartschaum gedämmt war.
    Was mich aber wirklich Nervt, kein Heizungsfachmann hat es je auf den Punkt gebracht und hat mir als „Fachmann“ so eine Sch…. eingebaut.

    • Redaktion says:

      Lieber Roland, vielen Dank für deinen lobenden Kommentar. Das Problem ist, auch Fachleute wollen dir ihre Produkte verkaufen, denn sie bekommen Provisionen von den Herstellern. Wenn ein Fachmann also keinen guten Schichtspeicher „im Programm“ hat, wird er dich nicht in diese Richtung aufklären – ungeachtet von der Kompetenz des einzelnen Fachmanns. Eine wirklich unabhängige Aufklärung gibt es nicht – auch und gerade nicht von Seiten der Politik. Das ist ja einer der Gründe warum es das Energy-Mag gibt.

      In deinem Fall solltest du tatsächlich über einen neuen – hochwertigen – Schichtspeicher nachdenken. Wahrscheinlich kann man alle anderen Komponeneten des Systems ohne Probleme weiter verwenden. Mit einen „Rührspeicher“ wirst du nie glücklich werden. Zur Zeit sind die Förderbedingungen zur Modernisierung, und das wäre es ja, perfekt. Auch hierzu gibt es Artikel im Energy-Mag. Das Einsparpotenzial könnte bei 20-30% liegen.

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