Langzeitwärmespeicher: Vor- und Nachteile, Anschaffungskosten, Funktionsweise

Solaranlagen (bzw. Solarthermie) zur Heizungsunterstützung sind in aller Munde und wer sich für das Thema verstärkt interessiert, trifft irgendwann unweigerlich auf den Begriff des Langzeit-Wärmespeichers. Doch was hat es mit dieser Wärmespeichertechnik für die Wintermonate auf sich, wie ist das Prinzip bzw. die Funktionsweise eines Langzeitwärmespeichers? Wie hoch sind die Anschaffungskosten, welche Vor- und Nachteile gibt es und gibt es diese Speicher auch für Einfamilienhäuser?

Langzeitwärmespeicher

Bislang werden in Deutschland die sogenannten Langzeitwärmespeicher vor allem in neuen Wohnsiedlungen zur Wärmeversorgung eingesetzt. Diese Siedlungen verfügen zumeist über ein solargebundenes Nahwärmenetz und haben vielfach noch Modellcharakter in bezug auf die technische Realisierung und Machbarkeit. Durch die Nutzung dieser großflächigen Solaranlagen in Kombination mit Langzeit-Wärmespeichern kann der solare Deckungsanteil des jährlichen Gesamtwärmebedarfs auf 40-60% gesteigert werden. Das bedeutet, der fossile Brennstoffbedarf zur Wärmeversorgung kann um diesen Prozentsatz reduziert werden, da der Langzeitwärmespeicher in den Sommermonaten die Wärme für die Beheizung der Wohnhäuser im Winter speichert. Sofern also die Solaranlage mehr Wärmeenergie liefert, als die Verbraucher nutzen können, wird mit der überschüssigen Energie der Wärmespeicher geladen, was grob geschätzt in Deutschland, von ca. Mai bis September der Fall sein dürfte. Der zusätzliche Wärmebedarf in den Wintermonaten wird dabei konventionell, z.B. durch Gasbrennwertkessel geregelt. Dabei ist die Funktionsweise relativ selbsterklärend. In den Sommermonaten bzw. in Zeiten mit hoher solarer Einstrahlung transportiert das Solarnetz die thermisch aufgenommene Solarenergie über Wärmetauscher in den Langzeit-Wärmespeicher. Bei Wärmeanforderungen durch angeschlossene Verbraucher (z.B. Fußbodenheizung, Heizkörper) wird das bis zu 95°C heisse Wasser aus den oberen Schichten des Wärmespeichers dazu genutzt, über einen Wärmetauscher die gespeicherte Wärme an das Wasser im Heizungswärmekreislauf abzugeben.
Der Vorteil von Langzeitwärmespeichern im Vergleich zu den Kurzzeitwärmespeichern von normalen Solaranlagen (Solarthermie) im Bereich der Einfamilienhäuser liegt dabei im solaren Deckungsanteil am Gesamtwärmebedarf. Während Kurzzeitspeicher einen Deckungsanteil von 15-20% durch die Heizungsunterstützung (Raumbeheizung, Trinkwassererwärmung) erreichen, liefern Langzeitspeicher-Systeme bis an die 60%. Als Nachteil kann gewertet werden, was aber sowohl Langzeit- wie Kurzzeitwärmespeicher betrifft, daß gerade bei älterer Heiztechnik die Abstimmung mit der Solaranlage nicht immer zufriedenstellend gelöst werden kann. Sprich, die Heizlastverteilung zwischen beiden Systemkomponenten funktioniert selten reibungslos bzw. ist nicht durchweg hocheffizient zu nennen. Ein weiterer Nachteil von Langzeitwärmespeichern sind die hohen Anschaffungskosten, da diese „saisonalen Wärmespeicher“ selbst für Häuser mit geringer Heizlast schon enorme Ausmaße in Sachen Wasserspeicherung (bzw. Kies/Wasser-Wärmespeicher) annehmen können. Selbst bei Nutzung von Latentwärmespeichern auf Paraffin-Basis wäre die Wirtschaftlichkeit und die Raumanforderungen im Einfamilienhaus kaum als sinnvoll zu bezeichnen. PCM, „Phasenwechselmaterialien“ wie Paraffin oder Salzhydrate können bis zu 120 Kilowattstunden pro Kubikmeter speichern, Wasser nur ca. 60 kWh/m³, allerdings sind Paraffinspeicher derzeit auch noch ca. 4x so teuer wie herkömmliche Pufferspeicher. Größe und Kosten sind deshalb auch die Hauptgründe, warum Langzeitwärmespeicher bislang vornehmlich als solarunterstützte Nahwärme-Heizanlagen zum Einsatz kommen.
Wer trotzdem mit dem Gedanken spielt, sein Eigenheim bzw. Ein- oder Mehrfamilienhaus in naher Zukunft mit einem Langzeitwärmespeicher auszustatten oder nachzurüsten, sollte schon irgendwo den Platz für einen 20000-30000 Liter fassenden Solarspeicher (Langzeit-Wärmespeicher-Tank) aufbringen können. Hinzu kommt, daß vor Abschluß einer kompletten Gebäudesanierung die nötige Effizienz der Solaranlage kaum zu erreichen sein wird, da bei älterem Gebäudebestand zuerst die Vor- und Rücklauftemperaturen der Heizungsanlage abgesenkt werden müssen. Die Energiebedarfsdeckung mit Solaranlage und Langzeit-Wärmespeicher für die Wärmeversorgung eines Wohngebäudes kann demnach nur in Verbindung mit einem verbesserten Wärmeschutz erreicht werden.
Zusammenfassend kann man also sagen, daß große Solaranlagen in Verbindung mit entsprechend dimensionierten Langzeitwärmespeichern die Solarwärme auch im Winter bereithalten können. Im Verlauf der letzten Jahre wurden die Systeme und Einzelkomponenten immer weiter verbessert und die Effizienz gesteigert. Die technische Machbarkeit solarthermischer Langzeitwärmespeicherung ist gegeben, da der Nutzungsgrad der Speicher erhöht wurde und durch Oberfläche des Speichers, Dämmmaterial und -dicke immer weniger Wärme an die Umgebung abgegeben wird.