Pufferspeicher auslegen
Die optimale Auslegung von Pufferspeichern ist ein zentraler Baustein für effiziente Energie- und Wärmepumpensysteme. Dabei spielen die Anzahl, die Aufbauart, die hydraulische Einbindung sowie die Dimensionierung des Pufferspeichers eine entscheidende Rolle. Bei Anwendungsfällen mit größerer Leistung, wie etwa in Mehrfamilienhäusern, Schulen, Gewerbe- und Industriebetrieben sowie Wärmenetzen, kann durch die Simulation des Anlagensystems bis zu 40 % der Betriebskosten gespart werden. Dadurch können Komponenten wie Pufferspeicher präzise auf den Wärmebedarf und die Erzeugung ausgelegt werden. Zudem lassen sich Planungsrisiken wie das häufige Takten von Wärmepumpen gezielt vermeiden.
Welche Arten von Pufferspeicher gibt es?
Der Pufferspeicher dient als die Schnittstelle zwischen Erzeugern und Verbrauchern. Er ermöglicht es, verschiedene Wärmeerzeuger – wie Wärmepumpen, Kessel oder Fernwärme – und unterschiedliche Verbraucher, etwa Fussbodenheizungen, Kühlkreise oder industrielle Wärme, in einem System zu verbinden. Nur mithilfe von Pufferspeichern kann der Wärmebedarf von Mehrfamilienhäusern, Krankenhäusern, Schulen, Fernwärmenetzen, Industrieprozessen usw. stabil und effizient gedeckt werden, da sie thermische Energie speichern und bei Bedarf wieder zur Verfügung stellen.
Die Auslegung, Aufbauart und Dimensionierung des Pufferspeichers beeinflussen die Betriebszeiten und den Wirkungsgrad des gesamten Wärmepumpensystems unmittelbar.
Zentrale Grossspeicher
Grossvolumige Speicher, die thermische Energie für mehrere Gebäude oder ganze Quartiere zentral puffern und bereitstellen.
Saisonale Speicher
Speichert Energie über Monate hinweg und kann sie aufnehmen und abgeben, um jahreszeitliche Schwankungen im Energiebedarf auszugleichen.
Pufferspeicher
Speichert thermische Energie und stellt sie bedarfsgerecht für das Heizsystem bereit.
Trinkwasserspeicher
Speichert erwärmtes Trinkwasser für den direkten Verbrauch, ohne Verbindung zum Heizkreislauf.
Kombispeicher
Kombispeicher (Hygienespeicher) kombinieren die Funktionen von Pufferspeicher und Trinkwasserspeicher; das Trinkwasser wird hygienisch im Durchfluss über einen Wärmetauscher erwärmt.
Tank-in-Tank-System
Besteht aus einem inneren Trinkwassertank, der von Heizungswasser umgeben ist.
Wo werden Pufferspeicher eingesetzt?
Ein Pufferspeicher kommt dort zum Einsatz, wo es vorteilhaft ist, thermische Energie zwischenzuspeichern.
Wärmepumpen ohne Pufferspeicher müssten immer dann anlaufen, wenn Wärme angefordert wird. Mit einem Pufferspeicher wird die Wärmepumpe hingegen erst eingeschaltet, wenn die thermische Energie im Speicher aufgebraucht ist. Durch die Entkopplung von Erzeugung und Verbrauch mittels Pufferspeicher lassen sich sowohl die Anzahl der Einschaltvorgänge als auch die Dimensionierung der Wärmepumpe optimieren. Die Optimierung erfolgt, gerade bei grösseren Anlagen, durch dynamische Anlagensimulation. Dadurch lassen sich die zahlreichen und zeitlich verändernden Inputfaktoren abbilden.
Die Zwischenspeicherung von Wärme oder Kälte durch Pufferspeicher kommt in zahlreichen Anwendungen zum Einsatz:
- Wohngebäude: In Ein- und Mehrfamilienhäusern sorgen Pufferspeicher für eine konstante Wärme- oder Kälteabgabe und steigern die Effizienz von Wärmepumpen und anderen Erzeugern.
- Öffentliche Gebäude: In Schulen, Krankenhäusern und Sportstätten gewährleisten Pufferspeicher eine flexible und bedarfsgerechte Wärmeversorgung und optimieren die Betriebszeiten sowie die Effizienz der Erzeugung.
- Gewerbe & Industrie: In Gewerbehallen ermöglichen Pufferspeicher die Bereitstellung von Prozesswärme und Nutzung industrieller Abwärme.
- Fern- und Nahwärmenetze: In Quartierslösungen und Stadtteilen gleichen zentrale Speicher Lastspitzen aus und sichern eine stabile Wärmeversorgung.
- Erneuerbare Energiesysteme: In Solarthermieanlagen speichern Pufferspeicher überschüssige Wärme und geben sie bei Bedarf ab – optimal bei schwankender Energieerzeugung.
Warum sollten Kunden Polysun bei der Dimensionierung von Pufferspeichern verwenden?
Exakte Pufferspeicherauslegung je nach Anwendungsfall
Planungssicherheit gewinnen und die optimale Energieversorgungsvariante für folgende Anwendungsfälle finden:
- Mehrfamilienhaus (Neubau/Altbau): Exakte Auslegung nach Verbrauchsprofilen mit Kombispeicher, Trinkwasserspeicher und Pufferspeicher sowie Variantenoptimierung aufgrund projektspezifischer Eigenheiten (z. B. begrenzter Platzbedarf, unterschiedliche Heizkreistemperaturen).
- Krankenhäuser: Hydraulikauslegung für Heizung und Kühlung inkl. Notstromgeneratoren.
- Schule: Ersatz von Gas-/Öl-Brennern bei bestehenden Anlagen inklusive Dimensionierung der Kältespeicher für aktive Kühlung.
- Hotel und Wellness: Variantenoptimierung unter Berücksichtigung des Heizwärmebedarfs von Hallen- und Schwimmbad.
- Nahwärmenetze/Quartiersplanung: Optimale Abstimmung der Größe des zentralen/saisonalen Speichers mit den in dem Gebäude vorhandenen dezentralen Speichern.
- Gewerbe und Industrie: Projektspezifische Optimierung der Pufferspeichergröße inkl. optimaler hydraulischer Einbindung.
Vermeiden kostenspieliger Überdimensionierungen
Polysun ermöglicht eine präzise Auslegung und Dimensionierung der Speicher von Ein- oder Mehrquellen-Anlagensystemen. Diese können einen oder mehrere Erzeuger wie Wärmepumpen, Gaskessel, BHKW oder Absorptionskältemaschinen haben. Dadurch werden:
- Überdimensionierung der Pufferspeicher vermieden.
- Taktung verhindert und Laufzeiten der Wärmepumpe geglättet.
- Solare Deckungsgrad maximiert und Stagnationszeiten minimiert.
- Energiequellen können sein: Solarthermie, Geothermie, Erdwärmekörbe, Grundwassersonde, Seewasser, Tischrückkühler/Luft-Wasser-Wärmetauscher, PVT sowie andere projektspezifische Energiequellen wie Abwärme (z. B. aus Datenzentren oder Prozesswärme).
Die optimale hydraulische Einbindung finden
Die Effizienz einer Anlage steht und fällt mit der Hydraulik. Simulieren und vergleichen Sie verschiedene Einbindungsarten:
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Ist für Ihr Projekt ein serieller, ein paralleler oder ein nach Sticht eingebundener Puffer effizienter?
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Oder funktioniert das System am besten ganz ohne Pufferspeicher?
Polysun liefert Ihnen die datenbasierte Antwort für den konkreten Anwendungsfall.
Beherrschung komplexer Temperaturniveaus und variabler Lasten
In Systemen mit unterschiedlichen Temperaturniveaus (z.B. Heizung vs. Tinkwarmwarmwasser) und stark schwankenden Lastprofilen ist eine statische Berechnung oft unzureichend.
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Nutzen Sie Polysun, um Temperaturverläufe im Speicher zu visualisieren.
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Erhöhen Sie die Systemeffizienz, indem Sie Erzeuger und Speicher perfekt auf die variablen Lasten abstimmen und so unnötige Mischverluste vermeiden.
JAZ realistisch berechnen & Förderungen sichern
Durch die ganzheitliche Systemabbildung (Erzeuger + Speicher + Verbraucher) lässt sich die Jahresarbeitszahl (JAZ) realistisch berechnen – die essenzielle Grundlage für Förderanträge und Wirtschaftlichkeitsnachweise.
Kostensicherheit und Betriebsoptimierung
Führen Sie detaillierte Wirtschaftlichkeitsvergleiche zwischen verschiedenen Speicherkonzepten durch. Identifizieren Sie Einsparpotenziale bei Investitions- und Betriebskosten, noch bevor die Anlage gebaut wird.
In welchen Anwendungsfällen werden Pufferspeicher eingesetzt?
In den meisten Energiesystemen kommt mindestens ein Pufferspeicher zum Einsatz, in komplexen Systemen werden sogar mehrere Pufferspeicher verwendet.
Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn mehrere Pufferspeicher parallel geschaltet werden. Dies wird in der Praxis dann gemacht, um mit dem vorhandenen Raum die größte Wärmemenge zu speichern oder größere Speichermengen mit Standardsystemen abzudecken. Pufferspeicher werden in Serie oder in Reihe geschaltet, wenn beispielsweise zwei Temperaturniveaus abgedeckt werden müssen.
Für die optimale Auslegung mehrerer Pufferspeicher ist es entscheidend, deren hydraulische Verschaltung sorgfältig zu planen. Die folgenden Beispiele belegen dies anhand konkreter Anwendungsfälle.
Entkopplung von Erzeugung und Verbrauch
- Mehrfamilienhaus mit WP und Pufferspeicher: WP läuft effizient, lädt Speicher für Heizung/Warmwasser.
- Hotel mit Holz-BHKW, Solarthermie, Puffer: BHKW läuft konstant, Solarthermie bringt zusätzlichen Wärmeeintrag
Integration von Solarthermie
- Mehrfamilienhaus mit Solarthermie, WP, Puffer: Solar lädt tagsüber, WP ergänzt abends.
- Sporthalle mit Solar, Gas-Spitzenlast, Puffer: Duschwasser wird aus solar erwärmt.
Trinkwassererwärmung
- Kindergarten mit Gasbrennwertkessel, Solarthermie und Pufferspeicher: Solare Energie vorrangig für Warmwasser, bei Bedarf durch Gas ergänzt.
- Schwimmbad mit Pufferspeicher und Frischwasserbereitung für Duschen: Solarthermie übernimmt die Grundlast, Spitzen werden durch Gas gedeckt.
Wärmepumpenkaskade mit Pufferspeicher
- Bürogebäude mit zwei Luft-Wasser-WPs in Kaskade und zwei Pufferspeicher: Die erste Wärmepumpe lädt den Tieftemperaturspeicher, die zweite versorgt den Hochtemperaturspeicher.
- Gewerbebetrieb mit gestufter WP-Kaskade und Pufferspeicher: bei Teil-Last läuft nur eine WP, andere bleiben aus.
Fernwärme Einspeisung
- Dorf-Nahwärmenetz mit Solarthermie, Wärmepumpe und zentralem Pufferspeicher (50 m³+): Solarenergie wird tagsüber gespeichert und abends verteilt.
- Schule mit Fernwärmeanschluss, Solarthermie und Pufferspeicher: Speicher reduziert Lastspitzen und senkt Anschlussleistungskosten.
Kombination mehrerer Wärmeerzeuger
- Krankenhaus mit Solar, Gas, WP, Puffer: Speicher wird je nach Priorität geladen.
- Nahwärmenetz mit Wärmepumpen, Solar, Puffer: Speicher nimmt überschüssige Wärme auf, dadurch lassen sich Wärmenetze effizient berechnen
Pufferspeicher auslegen: das sind die kritischen Erfolgsfaktoren
Für eine erfolgreiche Auslegung des Pufferspeichers ist es erforderlich, sowohl die Erzeugung als auch die Verbraucher zu berücksichtigen. Die Anforderungen der Verbraucher, wie Heizung, Prozesswärme usw. legen fest, welche Temperaturen im Pufferspeicher beibehalten werden sollen und wie viel Volumen entnommen wird. Die Erzeuger und deren Steuerung legen wiederum fest, welche Temperaturen mit welchen Durchsätzen bereitgestellt werden sollen. Auf diese Weise lässt sich die optimale Grösse des Pufferspeichers bestimmen.
In Bestandsgebäuden ist das Volumen des Pufferspeichers jedoch oft begrenzt. Um Komfortverluste oder einen ineffizienten Betrieb der Erzeugungsanlage zu vermeiden, ist eine korrekte Steuerung der Erzeugungsanlage unter Berücksichtigung des Speichers unerlässlich. Genau dafür sind Auslegungstools wie Polysun besonders geeignet.
FAQ
Können verschiedene Arten von Pufferspeicher in Polysun ausgelegt werden?
Ja, Polysun eignet sich für praxisnahe Modellierung verschiedenster Pufferspeicherarten – vom klassischen Trinkwasserspeicher über Kombispeicher bis hin zu Grossspeichern für komplexe Versorgungskonzepte.
Wie plant man einen Pufferspeicher in einem System mit Solarthermie, Pelletkessel und Frischwasserstation in einem MFH?
Mit Polysun lässt sich der Pufferspeicher eines Mehrfamilienhauses präzise nach dem Wärme- und Trinkwarmwasserbedarf auslegen. Er fungiert als Schnittstelle zwischen den Erzeugern (Solarthermie, Pelletkessel) und den Verbrauchern (Heizung, Warmwasser). Dabei können verschiedene hydraulische Konfigurationen, Speichervolumen und Betriebsstrategien simuliert und verglichen werden, um die Effizienz zu maximieren und den Solardeckungsanteil zu optimieren.
Wie lässt sich ein Pufferspeicher in ein Nahwärmenetz oder kaltes Wärmenetz integrieren?
Polysun ermöglicht die Dimensionierung und Integration von Pufferspeichern in Nah- oder kalten Wärmenetzen durch Simulation zentraler oder dezentraler Speicherkonzepte. Beispielsweise kann ein zentraler Pufferspeicher (z. B. 50 m³+) für Nahwärmenetze mit Solarthermie und Wärmepumpen modelliert und mit dezentralen Lösungen verglichen werden. Unterschiedliche hydraulische Auslegungen werden simuliert, um Lastspitzen auszugleichen, die Versorgung zu stabilisieren und Betriebskosten zu minimieren.
Wie wird ein Pufferspeicher in eine Anlage mit BHKW, Gas-Spitzenlastkessel und Solarthermie eingebunden?
In Polysun wird der Pufferspeicher als zentrale Schnittstelle modelliert, die von BHKW, Gas-Spitzenlastkessel und Solarthermie geladen wird. Die Steuerung kann so eingestellt werden, dass Solarthermie priorisiert wird, um die Energieeffizienz zu maximieren. Mithilfe von Simulationen lassen sich die optimale Speichergrösse, die hydraulische Einbindung und die Betriebsstrategie ermitteln, um Wärme bedarfsgerecht bereitzustellen, die Betriebskosten zu minimieren und die optimale Betriebsdauer der Erzeuger zu gewährleisten.