Brauche ich einen Pufferspeicher?

Begriffsklärung und Abgrenzung

"Pufferspeicher" meint einen Speicher, der mit Heizungswasser gefüllt ist.

Speicher, die mit Trinkwasser zum Waschen, Duschen, Baden etc. gefüllt sind heißen "Brauchwasserspeicher", "Warmwasserspeicher" oder auch "Boiler" und sind hier nicht gemeint.

Pufferspeicher, die ausschließlich der Trinkwassererwärmung dienen und im Heizbetrieb der Wärmepumpe mittels Umschalt-/3-Wege-Ventil vom Heizkreislauf getrennt sind, sind ebenfalls nicht Gegenstand der folgenden Betrachtungen. Zu Pufferspeichern für die Trinkwassererwärmung siehe: Speichersysteme mit geringem Trinkwasservolumen

Welche Gründe gibt es für einen Pufferspeicher?

• Das Objekt hat Heizkreise mit Heizkörpern und Heizkreise mit Fussbodenheizung. Die Heizkörper-Heizkreise sollen mit einer höheren Temperatur als die Fussbodenheizung gefahren werden. Die WP lädt einen Puffer auf die höhere Temperatur für die Heizkörper. Der Vorlauf für die Fussbodenheizung wird aus der höheren Temperatur herunter gemischt.
• Fussbodenheizungen mit Einzelraumreglern oder Heizkörper mit Thermostatventilen können die Durchflussmenge reduzieren oder ganz schließen. Der Volumenstrom wird für die Wärmepumpe zu klein. Die Wärmepumpe geht in eine Hochdruckstörung (der zulässige Höchstdruck des Heißgases hinter dem Kompressor der WP wird überschritten).
• Die Leistung der Wärmepumpe ist zu hoch für das Haus und die thermische Kapazität des Heizkreises. Es ergeben sich zu kurze Takte, in denen keine hinreichende Kompressorschmierung aufgebaut wird.
• Der Heizkreis schafft wegen zu knapper Dimensionierung den Volumenstrom der WP nicht
• Die nötige Durchflussmenge für die Abtauvorgänge des Verdampfers der WP steht nicht zur Verfügung, weil die Thermostate geschlossen sein können oder der Heizkreis hydraulisch zu knapp dimensioniert ist
• Die Wärmekapazität des Heizkreises ist für eine zügige Abtauung zu klein

Hydraulikkonzepte zur Einbindung von Pufferspeichern

• Ein guter Vortrag zum Thema ist von Prof. Dipl.-Ing. Werner Schenk Hochschule München Kapitel 7 Hydraulik technischer Speicher https://www.youtube.com/watch?v=4zAttQNeL5w&t=3980s

Rücklaufreihenspeicher

https://www.sbz-monteur.de/heizung/erklaer-mal-ruecklaufreihenspeicher

• geeignet zur Erhöhung der thermischen Kapazität des Heizkreises fürs Abtauen des Verdampfers der WP
• typischer Einsatz in Heizkörperheizkreisen mit geringer Wasserkapazität aber ausreichender hydraulischer Dimensionierung für den Heizvolumenstrom
• typische Größe 50 bis 200l
• keine separate Heizkreispumpe erforderlich
• nur geringe Effizienzeinbußen
• bei defektem oder falsch eingestelltem Überströmventil starke Effizienzeinbußen möglich
• eine andere Möglichkeit, statt des Überströmventils, ist es das Abtausignal in der Jeisha zu nutzen um ein Ventil beim Abtauen zu schalten. Das Ventil sollte wie das ÜV direkt den Vorlauf mit dem Rücklaufpuffer verbinden. Dazu kann solch ein Ventil an den 2-Wege-Ventil-Ausgang angeschlossen werden, der beim Abtauen wie Kühlen umschaltet.
• Zur Kontrolle des Überströmventil oder 2-Wege-Ventil am besten noch einen Durchflusssensor, wie z.B. eine alte Wasseruhr einfügen. Im Installateurmenü das "Abtausignal" auf "Ja" umstellen wenn ein 2-Wege-Ventil genutzt wird.

Trennpuffer / Parallelpuffer / hydraulische Weiche

• Einsatz bei Heizkreisen, die den Volumenstrom von Wärmepumpen nicht schaffen bzw. durchgehend sicherstellen können
• Anpassung von hohem Volumenstrom mit kleiner Spreizung auf kleineren Volumenstrom mit größerer Spreizung
• separate Heizkreispumpe erforderlich
• höherer Effizienzverlust
  • die WP muss für die größere Spreizung im Heizkreis eine höhere Vorlauftemperatur erzeugen
  • Exergieverlust durch Runtermischen des Volumenstroms der durch den Puffer geht
  • Stromverbrauch der zusätzlich erforderlichen Heizkreispumpe
• typisches Volumen ab 300l aufwärts

Kombipuffer

• Parallelpuffer mit zusätzlicher wärmerer Temperaturzone für die Trinkwassererwärmung
• Umschaltmimik zur Ladung von Heizungszone und Warmwasserzone
• Speicher werden häufig als "Schichtspeicher" beworben
• hohe Effizienzverluste durch Vermischung der Zonen in Folge des hohen Volumenstroms von Wärmepumpen
• denkbar ungeeignet für Wärmepumpen

Effizienz

Das Problem mit dem Pufferspeicher: Er kostet Effizienz:

• Die Stillstandsverluste des Speichers, also die an den Aufstellort (häufig ein Kellerraum) abgegebene Energie. Bei den niedrigen Temperaturen des Heizwassers fällt dieser Posten allerdings nicht so sehr ins Gewicht, wie man erstmal annehmen sollte.
• Die Verschlechterung der Arbeitszahl. Selbst, wenn auf die häufigsten Fehler bei der Einbindung eines Pufferspeichers "verzichtet" wird, lässt sich eine Verschlechterung der Arbeitszahl kaum vermeiden. Der Hauptgrund hierbei ist die Vermischung von der Vermischung VL und RL. Wenn die Volumenströme von WP und Heizkreis annähernd gleich sind kann man hier viele Verluste einsparen. Über die Gründe lassen sich seitenweise Abhandlungen verfassen, worauf hier vorerst verzichtet werden soll. Bei Interesse einfach mal im HtD-Forum suchen.
• Durch den Pufferspeicher ist zumindest eine zusätzliche Umwälzpumpe nötig, deren Stromverbrauch die Arbeitszahl auch negativ beeinflusst.

Empfehlung

Wenn möglich, sollte immer auf einen Puffer verzichtet werden. Wenn dann nur Rücklaufpuffer mit Überströmventil oder 2-Wege-Ventil. Hier sollen einige Regeln aufgezeigt werden, mit denen man der Pufferlosigkeit näher kommen kann:

• Keine Einzelraumregelung an der Fussbodenheizung. Meist kann dies durch einen guten hydraulischen Abgleich erreicht werden. Dabei sollte der wärmste Raum (Bad oder Wohnzimmer) den maximalen Durchfluss erhalten und die Vorlauftemperatur soweit abgesenkt werden, bis dieser Raum nicht mehr zu warm wird. Die anderen Räume müssen dann im Durchfluss begrenzt werden.
• Radiatoren (wenn sie sich denn nicht vermeiden lassen) möglichst so groß wählen, dass sie mit der selben Vorlauftemperatur wie die FBH gefahren werden können. Ist das nicht möglich, können nachträglich Wandheizungen im Trockenbau nachgerüstet werden.
• Weitere Alternativen: Gebläsekonvektoren, Deckenheizungen oder für das schnelle Aufheizen eines einzelnen kleinen Raumes auch mal ein Heizlüfter oder eine Infrarotheizung.
• Keine "Hühnerleitern" (Handtuchheizkörper)

Wenn's dann garnicht ohne funzt ...

Natürlich gibt es dennoch Konstellationen bei denen nicht auf einen Pufferspeicher verzichtet werden kann! Z.B. in Verbindung mit wasserführenden Kaminöfen ... oder mit Solarthermie ... zumindest wenn die vor Anschaffung der Wärmepumpe vorhanden sein sollte! (Keinesfalls sollte Solarthermie nachträglich installiert werden, wenn eine Wärmepumpe vorhanden ist!!!

Dann erfordert es für eine gute Effizienz der Anlage, dass die hydraulische Einbindung der Wärmepumpe in das Gesamtsystem erhöhte Aufmerksamkeit erfährt!

Ein beispielsweise für die Einbindung einer Solarthermieanlage ... oder auch eines wasserführenden Holzvergaserofens ... erforderlicher Pufferspeicher könnte dann so ähnlich installiert werden:

Problem ist eben beispielsweise die begrenzte Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur ... da sind höchstens 5 Grad Kelvin möglich!

Zudem wird der Vorlauf beim Abtauen des Verdampfers mehr oder weniger regelmäßig mit kühlem Heizkreiswasser geflutet!