Aufmacher Pufferspeicher

Pufferspeicher und Wärmepumpe?

Aktualisiert am 7. Juni 2024

Pufferspeicher

Soll man für die neue Wärmepumpe auch einen Pufferspeicher einbauen? Braucht man das wirklich, oder ist das nur „nice to have“?
Es gibt Gegner und ihre Argumente, und es gibt gute Gründe für den Einbau eines Pufferspeichers. Dieser Blogbeitrag soll einige Vorurteile entkräften und bei der anstehenden Entscheidung helfen.

Zu Beginn: Dass es unterschiedliche Bauformen für einen Pufferspeicher und verschiedene Arten der Einbindung in das Rohrsystem gibt, ist mir bewusst. Hier geht es ausschließlich um die einfachste Form, nämlich ein leerer Behälter mit Zu- und Abläufen. Sozusagen ein leeres Fass. Der Pufferspeicher wird in Serie bzw. als Reihenpuffer in das Rohrleitungssystem integriert. Es ist keine zusätzliche Pumpe notwendig.
Eine weitere Voraussetzung: Ein Pufferspeicher zur Unterstützung der Wärmepumpe wird nur infrage kommen, wenn Heizkörper (HK) installiert sind. Neue Häuser haben in der Regel eine Fußbodenheizung (FBH), ein Pufferspeicher ist hier nur in Ausnahmefällen notwendig.
Es betrifft also alle, die ihre alte Heizung sanieren und eine Wärmepumpe einbauen wollen!
Zu Beginn ein paar Dinge zum Verständnis.

Systemvolumen

Kennt ihr das Systemvolumen eurer Heizungsanlage? Damit ist das Wasservolumen aller Heizungsrohre, Ventile usw. gemeint. In einem Einfamilienhaus (EFH) mit 100 m² Wohnfläche sind das ca. 50 l für die Rohre und 20 l für die Heizkörper. Wer mit einer FBH gesegnet ist, hat ganz sicher viel mehr Wasservolumen in den verlegten Rohren.

Speichermasse

Ganz wichtig! Auch hier wieder ein Vergleich zwischen HK und FBH. Nehmen wir in unserem fiktiven EFH an, dass die verlegten Kupferrohre eine Masse von 50 kg und die 10 HK Typ22 rund 200 kg haben. Zusammen, sagen wir großzügig rund 300 kg, zuzüglich des Wasservolumens kommen wir auf 370 kg.

Bei der FBH besteht der Bodenaufbau aus Zementestrich (90 kg/m²) und in der Regel Fliesen (20 kg/m²). Damit kommen wir auf eine Speichermasse von 11.000 kg bzw. 11 t.

Also ganz klar: Die FBH ist, was Systemvolumen und Speichermasse betrifft, klar im Vorteil.

Warum taktet meine Wärmepumpe?

So sollte es nicht sein (Beispieldiagramm)

Mit Takten oder Pendeln ist das Ein- und Ausschalten des Kompressors gemeint. Grundsätzlich ist das kein Problem, erfolgt es aber zu oft, kann sich das auf die Lebensdauer der Wärmepumpe auswirken. Schön wären vier bis fünf Takte pro Tag, oder 1.000 Takte pro Heizsaison. Warmwasser nicht berücksichtigt.
Wie kommt es dazu? Die Wärmepumpe ist darauf ausgelegt, bei der Normaußentemperatur die Bude warmzumachen, ihre Leistung ist darauf abgestimmt. Alle moderne Wärmepumpen können die Leistung in bestimmten Grenzen anpassen. Je nach Außentemperatur kommt aber irgendwann der Punkt, wo selbst die Minimalleistung noch zu hoch ist. Und dann schaltet der Kompressor ab!

Beispiel: Die Aquarea WH-MDC05J3E5 (Jeisha) kann bis auf 400 W herunterregeln. Die Außentemperatur beträgt 5 °C, die VL-Temperatur 34 °C, ∆t = 5 °C. Die abgegebene Wärme liegt, bei COP 4 dann bei 1.600 W. Steigt die Temperatur draußen an, steigt auch der COP und schon beträgt der Wärmeertrag 2.800 W. Zu viel, die Wärme kann vom Haus nicht abgenommen werden. Der Kompressor schaltet ab.
Die Situation ist bei jedem Haus etwas anders. Aber meistens liegt der kritische Temperaturbereich oberhalb von 5 °C.

Aber was hat das alles mit dem Pufferspeicher zu tun? Nun, wir haben zuvor über das Systemvolumen und die Speichermasse gesprochen. Und jedem dürfte klar sein, dass die sehr große Speichermasse einer FBH auf wechselnde Temperaturen ausgleichend wirkt. Bei HK fehlt die dämpfende Wirkung! Und jetzt kommt der Pufferspeicher zum Einsatz.


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Pufferspeicher als zusätzliche Masse

Das Ziel ist letztlich das geringe Systemvolumen zu erhöhen. Damit eine ausgleichende Wirkung zu erreichen und das Takten zu verringern. Nebeneffekt: Manche Wärmepumpen schalten während dem Abtauen den Heizstab ein. Ursache auch hier zu geringes Systemvolumen und/oder zu geringe RL-Temperatur.
Jetzt werden die Kritiker mit ihren Argumenten „Wirkungsgrad sinkt“, „höhere Vorlauftemperaturen nötig“, „Wärmeverluste im Puffer“ etc. kommen. Wir werden sehen und rechnen 🤔. Für die folgenden Betrachtungen hat der Pufferspeicher einen Inhalt von 600 Liter.

Pufferspeicher im Vorlauf

Damit wir unser Fass optimal nutzen, ist es sinnvoll ihn mit der Vorlauftemperatur zu füttern. Bei einem ∆T von 5 °C speichert unser Puffer rund 3.500 Wh.
Die Jeisha schaltet während des Betriebes den Kompressor ab, wenn die Vorlauftemperatur die Zieltemperatur für mehr als drei Minuten, zwei Grad überschritten hat. Sie schaltet wieder ein, wenn die Rücklauftemperatur, die beim Abschalten gemessen wurde, drei Grad unterschritten wird.

Der Wärmebedarf des Hauses liegt, wie bereits erwähnt, bei 1.600 W. Hat der Kompressor abgeschaltet, läuft die Pumpe weiter. Dies wird landläufig als „Schnüffelmodus“ bezeichnet. Das warme Wasser im System und auch der Pufferinhalt werden weiter zu den HK transportiert, geben dort ihre Wärme ab bis die Rücklauftemperatur die untere Schwelle erreicht und der Kompressor wieder startet. Das die Zeitspanne bis zum Wiedereinschalten mit Puffer länger ist, als ohne dürfte jedem klar sein, oder? Theoretisch erreichen wir etwas mehr als zwei Stunden Ruhezeit, die Praxis bestätigt diese Werte.

Pufferspeicher im Rücklauf

Es ist oft zu lesen, dass ein „kleiner“ Reihenpuffer in den Rücklauf gesetzt wird, um bei geringen Systemvolumen die Abtauvorgänge zu unterstützen. Aber was nutzen die 50 l, wenn die Jeisha während des Abtauens 6 Minuten lang mit 30 l/min das Wasser durch die Leitungen ballert? Nicht viel, meiner Meinung. Und falls die Temperatur zu niedrig ist, bzw. die Energie nicht ausreicht, wird die Zusatzheizung eingeschaltet (COP = 1).
Und das große Fass mit 600 l? Die Temperatur, mit der das Fass geladen wird, entspricht der Rücklauftemperatur. Die Einschalttemperatur des Kompressors liegt drei Grad darunter. Der Puffer kann somit max. 2.100 Wh speichern. Deshalb sitzt mein Puffer natürlich im Vorlauf.
Es ergibt also Sinn, über einen Pufferspeicher nachzudenken, wenn das Systemvolumen gering ist. Die Zahl der Takte wird in jedem Fall kleiner werden. Denn der Puffer wird ja nicht nur entladen, während der Kompressor nicht läuft, sondern er wird ja auch wieder aufgeladen beim nächsten Takt der Wärmepumpe.

Und das führt uns gleich zum nächsten Punkt – Wärmeverlust.

Pufferspeicher und Wärmeverlust

Pufferspeicher

Es wird viel diskutiert, vor allem in den sozialen Medien, und natürlich gibt es bei uns in Deutschland dafür auch Normen. Nehmen wir uns das 600 l-Fass, Energieklasse B, wieder als Beispiel. Laut Ökolabel hat dieser Speicher einen Warmhalteverlust von 82 W pro Stunde, also in 24 h wären das 2.220 Wh oder 2,22 kWh.

Und genau hier fängt der Irrtum ggf. schon an. Der Verlust wird mit Temperaturen ermittelt, die mit unserem Vorlauf nie erreicht werden. Die Norm legt die Raumtemperatur von 20 und Speichertemperatur von 65 °C fest. Wir gehen in unserem Beispiel von 34 °C Speichertemperatur aus.
Also müssen wir selber rechnen. Was ist dabei wichtig? Der Wärmedurchgangskoeffizient der Dämmung, genannt Lambda λ, die Dämmstoffdicke, die Oberfläche des Speichers, und natürlich die Temperaturdifferenz zwischen Raum und Speicher. Rechnet man mit diesen Randbedingungen, kommt man auf einen Warmhalteverlust von 420 Watt in 24 h.
Also lediglich rund 19 % von dem, was auf dem Ökolabel aufgedruckt ist.

Steht der Puffer im Hauswirtschafts-/Hobbyraum o. ä. ist die Energie ja nicht verloren, sondern wird als Heizenergie genutzt.

Résumé

Man kann es sehen wie man will, für mich ist der Einbau eines Pufferspeichers sinnvoll. Sofern man Platz hat und noch etwas Geld in der Kriegskasse ist, sollte man darüber nachdenken. Ich habe euch hoffentlich ein paar Argumente geliefert.

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Hier könnt ihr euch informieren. Dies ist ein Teil von mehreren Beiträgen.

01 – Wärmepumpe, die große Unbekannte KLICK
02 – Monoblock Wärmepumpe selbst einbauen!? KLICK
03 – Geisha, Heisha, Jeisha – Monoblock von Panasonic KLICK
04 – Jeisha – Realisierung Teil 01 KLICK
05 – Geisha, Heisha, Jeisha – Realisierung Teil 02 KLICK
06 – Geisha, Heisha, Jeisha – Monitoring KLICK
07 – Panasonic Jeisha – Statistik und aktuelle Verbrauchswerte KLICK
08 – Panasonic Wärmepumpe Jeisha – Statistik Periode 2022/23 KLICK
09 – Jeisha – Monoblock von Panasonic – MAG ausbauen KLICK
10 – Jeisha – Monoblock von Panasonic – Überströmventil einbauen KLICK
11 – Pufferspeicher und Wärmepumpe? KLICK

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3 Antworten zu „Pufferspeicher und Wärmepumpe?“

  1. Avatar von Werner Hannappel
    Werner Hannappel

    Hallo Rolf,
    danke für Deine Ausführungen, welche wohltuend mit Rechenbeispielen unterlegt sind.
    Ich habe eine Frage:
    Ich will (habe noch nicht) eine kleine 5KW Panasonic in unsere Heizung, zur Zeit noch mit Pelletofen, der auch betriebsbereit bleiben soll, betrieben, einbauen.
    Unser „Fass“ ist genau der Typ Mischer, den Du oben beschrieben hast, leider durch die Größe unserer Kellertreppe nur 200l.
    Das Gesamtgewicht Stahl + Wasser unserer „beheizten Teile“ incl. 10 HK ist ca. 700 kg. (Keine FBH, uraltes Haus).
    Wenn diese auf 30-32 Grad erhitzt sind, reicht das vollkommen bis in tiefe Minusgrade.
    Was ich bei der WP bis jetzt nicht so richtig gecheckt habe, ist die Abtauphase im kritischen Temperaturbereich.
    Wenn ich es richtig verstehe, wird sich die WP ja zum Abtauen am Pufferspeicher bedienen.
    Daraus werden kontinuierlich ja auch die HK bedient.
    Die Temperatur der HK ist, da sehr niedrig betrieben, kritisch, schon wenn 1-2 Grad kälter, nervts.
    Wenn es kalt ist, würde eine Pause von 10 min ohne Füttern der HK oder Füttern mit kaltem Wasser schwer hinnehmbar sein .
    Frage(n) hierzu: Wenn ich auf Seite der Umwälzpumpe für die HK garnichts tue und sie während des Abtauens durchlaufen lasse, mit welcher Senkung der Wassertemperatur muss ich im Zweifel rechnen? (bei Öffnen aller HK sinds ja um 700 kg erwärmte Masse).

    Oder: Wenn ich es schaffe, über ein Relais die Umwälzpumpe bei Abtauen abzuschalten, mit welcher Pause muss ich rechnen? Sind es die angeführten 6 min oder länger?

    Gesetzt den Fall, ich schaffe es, genügend Wärme abzunehmen, so dass die WP wirklich nur noch zum Abtauen „runterfährt“ und nicht, weil sie sich langweilt- wie oft taut sie bei ungünstigen Bedingungen ab (eure Praxisbeispiele ..)?

    Vielen Dank für eine Antwort!
    Werner
    P.S.: Ich könnte natürlich auch eine höhere VL fahren, dann wird die Temp im Puffer entsprechend höher, aber die HK puffern nicht mit, weil sie abgeregelt werden ..
    Könnte aber vielleicht die Lösung für die Abtauphase sein .. oder?

    1. Avatar von Rolf

      Hallo Werner,

      Das Thema Pufferspeicher ist interessant, oder? Du hast ziemlich
      viele Fragen, die alle mit deiner individuellen Situation vor Ort
      zusammenhängen. Wenn du einverstanden bist, antworte ich per Mail.

      LG Rolf

  2. Avatar von Frieder Weiss
    Frieder Weiss

    Interessant! hab ein ähnliches Setup und den alten 300l WW-Boiler über 3-Wege-Ventil als optionalen Puffer in den Rücklauf. Nach der Experimentierphase ist er praktisch immer eingeschaltet geblieben. parallel zum Heizkreis gibt es aus Gasheizungszeiten noch ein Überströmventil, im Idealfall ist es so eingestellt, das beim Abtauen ein großer Teil des erhöhten Durchflusses hierüber und über den Puffer bedient wird. die 3-Wege Lösung hilft beim schnelleren Hochheizen, hab auch mit Nachtabsenkung experimentiert. Der Rücklaufpuffer sollte hier leicht im Vorteil sein, weil das Warmwasser früher im Heizkörper ankommt, ggf dann hierfür den Pufferbypass schalten. Stillstandsverluste sind noch etwas geringer als beim Vorlaufpuffer. wahrscheinlich nicht viel Unterschied. Interessantes Detail: Wärmezähler können die Kühlleistung beim Abtauen nicht saldieren, sondern rechnen den Wärmeverlust im Haus als Ertrag. hab mit dem Zählerhersteller gesprochen, er meinte das müsse so sein, intern gäbe es aber Wärme-und Kälteregister die man über IR auslesen kann. Ich berechne den Saldo nun über deltaT und Durchfluss alle paar Sekunden. Die Abtauenergie war pro Zyklus ca1/2kWh, übers Jahr war die Abweichung ca 2-300kWh. Genaue Zahlen müsste ich nachschauen

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