Solarthermie Heizungen, Erdwärmepumpen Heizung oder Holzheizung, sie alle haben eines gemeinsam, sie liefern Wärme oft genau dann, wenn man sie nicht benötigt. Um den Wirkungsgrad dieser alternativen Heizsysteme anzuheben, und auch deren Komfort zu steigern, kommen so genannte Pufferspeicher zum Einsatz. Eine Pufferspeicher gestützte Heizung kann somit Wärme über viele Tage zwischenspeichern und immer genau dann verfügbar machen, wenn man sie für die Heizung oder die Bereitung von Warmwasser benötigt. Erst mit Hilfe eines Pufferspeichers werden diese modernen Heizsysteme wirklich effizient und komfortabel nutzbar.
Die Wärmepumpenheizung - Entlastung der Umwelt
Die Heizkosten sind im Laufe der letzten Jahre nicht allein durch die steigenden Weltmarktpreise für Öl und Gas gestiegen, sondern auch durch den damit verbundenen Anstieg der Mineralölsteuer, der Öko- und der Mehrwertsteuer. Von Jahr zu Jahr muß mehr Geld dafür aufgewendet werden, Heizung und Warmwasser zu bezahlen. Und dies betrifft nicht nur Besitzer von Einfamilienhäusern, welche Öl und Gas direkt beziehen, es betrifft letztlich jeden.

Der Vorrat an Öl und Erdgas nimmt zusehends ab. Momentan ist zwar noch kein Ende der vorhandenen Rohstoffe abzusehen, dass aber sowohl alternative Energiequellen gefunden und geschaffen werden müssen, und mit vorhandenen Ressourcen wesentlich schonender umgegangen werden muss, ist klar. Seit vielen Jahren wird deshalb nach anderen Lösungen gesucht, um Wohnungen, Einfamilienhäuser, Sport- und Kulturstätten, Fabrikgebäude und andere zu beheizen. Eine der Möglichkeiten ist die Nutzung einer so genannten Wärmepumpe Heizung. Basierend auf regenerativen - sprich erneuerbaren - Energien nutzt man hier den Umstand aus, dass alles Material, welches eine höhere Temperatur als den absoluten Nullpunkt hat, zur Energiegewinnung mit Hilfe einer Luft-Wasser-Wärmepumpe geeignet ist. So nutzt man für diese Heizung unter anderem:
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- die Sonnenenergie
- die Erdwärme
- die Temperatur der Außenluft und
- des Wassers.
Das System der Gegenwart und der Zukunft für die Ausnutzung dieser regenerativen Energien heißt - Wärmepumpe Heizung. Denn nicht nur die Erdwärme ist eine gewaltige, fast unerschöpfliche Energiequelle.
Was ist eine Wärmepumpenheizung?
Mit Hilfe einer Wärmepumpe Heizung entzieht man der Umwelt Wärmeenergie aus folgenden Quellen:
- der Sonnenenergie
- der Außenluft
- der Erdwärme und
- dem Grundwasser
Mittels einer Wärmepumpe wird diese Wärmeenergie auf eine höheres Temperaturniveau gebracht und man kann Gebäude, Sport- und Kulturstätten, Produktionshallen, Gewächshäuser und zum Beispiel auch eine ganze Siedlung, wie in Köln-Niehl, damit beheizen. Das kann mittels Fußbodenheizung, Wandheizung oder mit Heizkörpern erfolgen, wobei die Fußbodenheizung die beste Variante für die Wärmepumpe Heizung darstellt.
Bei der so genannten Solarthermie werden hierfür Sonnenkollektoren auf dem Dach eines Hauses installiert, welche nur einem Zweck dienen, die Sonnenenergie in Wärme umzuwandeln. Das in den Kollektoren erhitzte Wasser wird einem Wärmetauscher in Form einer Wärmepumpe zugeführt, und kann dann nachfolgend für die Beheizung des Hauses oder die Erhitzung von Brauchwasser genutzt werden. Das Prinzip einer solchen Solarthermie Anlage stellt sich wie folgt dar:
Eine Wärmepumpe Heizung funktioniert ähnlich wie ein Kühlschrank, nur dass hierbei nicht die kalte, sondern die warme Seite des thermodynamischen Kreislaufes genutzt wird. Eine Wärmepumpe erschließt die im Erdreich oder Wasser gespeicherte Sonnenenergie und gibt diese zusammen mit der elektrischen Antriebsenergie an den Heiz- bzw. Warmwasserkreislauf ab. Diese gespeicherte Sonnenenergie steht das ganze Jahr kostenlos zur Verfügung und kann mit Hilfe des Prinzips der Wärmepumpe Heizung genutzt werden.
Für die Aufbereitung von Warmwasser kann man entweder speziell entwickelte Warmwasserpumpen wählen oder man nutzt die Multifunktionsgeräte der Wärmepumpe Heizung auch für die Aufbereitung des warmen Wassers.
Der Anteil der Wärmepumpe Heizung betrug z.B. 2005 in Deutschland 10%, wobei zu diesem Zeitpunkt die erdgekpoppelte Wärmepumpe am erfolgreichsten war (Anteil ca. 40 %). Im Laufe der letzten Jahre ist jedoch durch effizientere Bauweisen und innovative Technologien der Einsatz einer Wärmepumpe Heizung als Alternative zu herkömmlichen Systemen auf der Basis fossiler Rohstoffe, immer stärker im kommen. Bei der Nutzung der Erdwärme schätzen Experten, können bis zu 75% Heizkosten gegenüber herkömmlichen Heizmethoden mit Öl oder Gas, eingespart werden. In der Regel hat man nach 5 bis 8 Jahren die Kosten für den Einbau der Wärmepumpe Heizung bzw. für den Umbau oder den zusätzlichen Einsatz dieser Heizung wieder heraus. Und Erdwärme ist überall in Deutschland fast problemlos nutzbar. Der Einbau einer Wärmepumpe Heizung ist zwar circa 50% teurer als der Einbau einer Gasheizung, aber nach 5 - 8 Jahren ist das wieder ausgeglichen. Der für die Wärmepumpe Heizung notwendige Strom wird von verschiedenen Anbietern sehr viel günstiger angeboten, so daß auch hier ein großer Anreiz für die Nutzung besteht. Zusätzlich bieten diese Stromversorger Zuschüsse für den Bau einer Wärmepumpe Heizung und einen Schornsteinfeger braucht man auch nur noch selten oder gar nicht mehr.
Der Marktanteil von Luft-Wasser-Wärmepumpen ist ebenfalls sehr stark gestiegen, begünstigt auch durch die staatlichen Zuschüsse und die gerade hierbei sehr niedrigen Investitionskosten.
Aktuelle Zahlen: Im Jahr 1995 gab es in Deutschland 1.200 Wärmepumpe Heizungen, im Jahr 2006 war diese Zahl bereits auf 44.000 Stück angestiegen, mit unterschiedlichem Anteil von Erdwärme, Grundwasser oder Sonnenenergie-Nutzung. Deutschland ist jedoch klimatechnisch ein “Entwicklungsland“. Der Anteil der Wärmepumpe Heizungen in Deutschland betrug im Jahr 2007 gerade einmal 2%, in Österreich und der Schweiz sind es 35% und in Schweden sogar 95%, obwohl gerade diese Heizungen das ganze Jahr über ein perfektes Raumklima liefern.
Die relativ niedrigen Investitionskosten - dazu weiter unten mehr Information - machen die Wärmepumpe Heizung attraktiv und vor allem in Neubauten und bei Sanierungen werden sie immer häufiger bevorzugt. Gegenüber den herkömmlichen Heizmethoden mit Öl, Gas, oder Kohle hat sie neben der effizienteren Nutzung von Energien, einfach den langfristigen Kostenvorteil sowie eine höhere Unabhängigkeit von Rohstofflieferanten auf ihrer Seite.
Eine Wärmepumpe Heizung als Alternative zu Öl- oder Gasheizungen bietet Unabhängigkeit von den zum Teil drastischen Preissteigerungen, die gerade in den letzten Jahren auf den Verbraucher zugekommen sind. Zudem sind Ressourcen in Form von Öl und Gas endlich. Der Umstieg auf diese Alternative ist daher in jeglicher Hinsicht eine vernünftige Entscheidung - für die Umwelt, sowie für den eigenen Geldbeutel.
Alle verfügbaren Systeme einer Wärmepumpe Heizung - deren innovative Technologie sowie die steigende Effizienz, die dem Endverbraucher helfen, Kosten zu sparen und umweltbewußt zu heizen bzw. Warmwasser zu bereiten - basieren letztlich alle auf einem einfachen physikalischen Prinzip. Eine Wärmepumpe benötigt elektrische Energie in Form von Strom. Die verbrauchte elektrische Leistung ist aber geringer, als die Wärmeleistung, die von der Wärmepumpe letztlich abgegeben werden kann. Dieser scheinbare Wiederspruch ist sehr einfach erklärbar. Jeder Körper, der eine höhere Temperatur als den absoluten Nullpunkt hat, besitzt Energie in Form von Wärme.
Um einem solchen Körper - wie zum Beispiel Wasser - nun diese Energie entziehen zu können, benötigt man einen zweiten Körper, der aber eine geringere Temperatur haben muss. Hier kommt der erste Teilkreislauf der Wärmepumpe Heizung zum Einsatz. In einer Kühlschlange - ähnlich der eines Kühlschranks - wird eine Flüssigkeit mit Hilfe einer elektrischen Pumpe in einen Unterdruck versetzt. Dabei kühlt sich diese Flüssigkeit ab. Den gleichen Effekt kann man beobachten, wenn man eine Deoflasche schnell leert. Sie wird sehr kalt. Ist diese Kühlschlange nun kälter, als das sie umgebende Wasser, so gibt das Wasser seine Energie in Form von Wärme an die Kühlschlange ab, bis beide die gleiche Temperatur haben. Nun pumpt man diese Flüssigkeit in den zweiten Teilkreis der Heizung.
Dort geschieht nun genau das Gegenteil. Mit Hilfe der elektrisch angetriebenen Pumpe setzt man die Flüssigkeit unter einen hohen Druck. Damit erhitzt sie sich, und wird heisser, als das sie umgebende Material. Ähnlich dem Effekt, wenn man mit einer Luftpumpe einen Fahrradreifen aufpumpt - die Pumpe wird heiss. Nun wird die Wärme an die kühlere Umgebung abgegeben - der Heizeffekt tritt ein.
Der entscheidende Punkt dabei ist, dass die nutzbare Energie höher ist, als die aufgewendete elektrische Energie. Und da Energie nicht erzeugt und verschwinden kann, muss die Energie, die die Wärmepumpe Heizung in Form von Wärme ins Haus gebracht haben, dem Wasser fehlen. Es ist auch tatsächlich kälter, als vor dem Beginn des Prozesses.
Die verschiedenen Wärmequellen zur Nutzung
Die Wärmepumpe Heizung nutzt die Umgebungswärme, die in der Außenluft, in der Erde und im Grundwasser gespeichert ist, und natürlich auch in diesem Zusammenhang die Energie der Sonne. Denn erst diese bringt unsere Umgebung auf eine nutzbare Temperatur für den Einsatz dieser Heizungsart.
Der Einsatz einer Wärmepumpe Heizung hängt von der jeweilig genutzten Wärmequelle ab, die zur Erzeugung der Wärmeenergie herangezogen wird. Und das wiederum ist abhängig davon, wie die Verfügbarkeit vor Ort ist. Welche Wärmequelle ist verfügbar? Wie groß ist die nutzbare Grundfläche? Wie ist die Bauart und die Dämmung des Gebäudes und wie sind Art und Temperatur der Wärmeverteilung im Haus? Welche Voraussetzungen sind nötig, um kostengünstig eine Wärmepumpe Heizung nutzen zu können?

Wird die Erdwärme für die Heizung genutzt - sie besteht zu 98% aus gespeicherter Sonnenenergie - werden sogenannte Erdkollektoren im Erdreich verlegt, die dazu dienen, die Wärme für die Wärmepumpe Heizung aufzunehmen. Hierbei existieren zwei verschiedene Möglichkeiten für die Verlegung dieser Erdkollektoren, einmal horizontal und zum anderen vertikal. Das erfordert unterschiedliche Außen-Grundflächen. Bei einer Wohnfläche von 115qm ist eine Außenfläche für die Erdkollektoren von 60qm erforderlich.
Diese Zahl erhöht sich linear entsprechend der Wohnfläche. Schnell wird erkennbar, dass die Nutzung der Erdwärme mit einer Wärmepumpe Heizung hauptsächlich für Neubauten in Frage kommt. Bei der vertikalen Verlegung der Erdkollektoren ist kaum Grundfläche nötig, dafür aber eine Tiefenbohrung von ca. 70m für eine Wohnfläche von 115qm. Und auch hier erhöht sich die Bohrungstiefe entsprechend der Wohnfläche.
Unterschieden wird bei der Erdwärmenutzung zwischen den Betriebsarten Direkterwärmung und Sole. Das Wärmeträgermedium, wie z.B. die Sole, zirkuliert dabei in den Erdkollektoren und gibt die Wärme an die Wärmepumpe ab.
Bei der Direkterwärmung zirkuliert das Arbeitsmittel der Wärmepumpe selbst als Trägermedium in den Erdkollektoren. Direkterdwärme-Systeme für die Wärmepumpe Heizung sind die kostengünstigsten aller Erdwärmesysteme. Sie benötigen keinen Zwischenwärmetauscher und auch keine Soleumwälzpumpe, die zum Beispiel bei der Erdwärme-Sole-Variante erforderlich ist. Bei dieser Variante zirkuliert als Wärmeträgergemisch die Sole (Wasser-Frostschutzmittelgemisch) in den Erdkollektoren und leitet die Wärme zur Wärmepumpe.
Ist in vertretbarer Tiefe Grundwasser in entsprechender Temperatur vorhanden, wäre dieses das Medium mit der höchsten Jahresarbeitszahl. Für die Nutzung der Wärmepumpe Heizung ist es ideal, wenn das Wasser eine Termperatur von 8 - 12 Grad Celsius hat. Das garantiert den optimalen Heizbetrieb sowie den optimalen Wirkungsgrad der Heizung.
Scheiden Grundwasser und Erdreich für die Nutzung aus, so kann die Außenluft als Wärmequelle herangezogen werden. Hier ist der bauliche Aufwand für die Erschließung sehr gering. Gerade bei der Nachrüstung von Anlagen hat für die Wärmepumpe Heizung diese Wärmequelle eine besondere Bedeutung, weil der Aufwand zur Installation wesentlich geringer ist, als zum Beispiel für die Nutzung von Erdwärme. Nutzt man die Wärmequelle Luft für die Heizunganlage, hat man außerdem im Sommer eine hervorragende Möglichkeit, die Räume mit dieser Anlage auch zu kühlen.
Die vorstehend genannten Möglichkeiten für die Nutzung der Wärmepumpe Heizung beziehen sich hauptsächlich auf den Einbau in Neubauten. Inzwischen gibt es auch einen Anbieter, der eine Hochtemperatur - Wärmepumpe, die mit einer Vorlauftemperatur von 75 Grad Celsius arbeitet, wie man sie in Altbauten benötigt, herstellt. So besteht auch die Möglichkeit, bei einer Sanierung von Altbauten, die Wärmepumpe Heizung mit Umweltenergien zu nutzen, oder in Form einer Zusatzheizung einzubauen.
Die Wärmepumpen, die für den Neubau bzw. die Sanierung von Heizungen genutzt werden, haben nur eine Vorlauftemperatur von 30 bis 35 Grad für Fußbodenheizungen und von 50 bis 55 Grad für Heizkörper. Zu all diesen Anlagen für die Wärmepumpe Heizung muß gesagt werden, dass sie zum Teil melde- bzw. bewilligungspflichtig sind.
Die Arbeitsweisen einer Heizung mit einer Wärmepumpe
Die Technik zur Nutzung der Umweltenergien ist ausgereift, funktioniert stabil wie alle anderen Heizungsanlagen und ist vor allem umweltverträglich. Wärme ist überall vorhanden, im Erdreich durch die Sonneneinstrahlung, in der uns umgebenden Luft und im Grundwasser. All diesen Medien kann man mit dem Prinzip der Wärmepumpe die Wärme entziehen. Da diese für die Beheizung von Räumen in der vorhandenen Temperatur aber nicht ausreichen würde, muß man sie ‘verdichten’ und mittels Wärmepumpe auf eine höhere Temperatur bringen. Rund dreiviertel der zur Verfügung gestellten Heizwärme entstammen der Umwelt. Das Arbeitsmittel der Wärmepumpe nimmt also ständig Wärme auf und gibt sie an den Heiz- und Warmwasserkreislauf wieder ab.
Die Wärmepumpe Heizung besteht aus der Wärmepumpe für die Erzeugung, dem Rohrsystem für die Verteilung und den Heizkörpern bzw. der Flächenheizung. Diese drei Anlagenteile müssen gut aufeinander abgestimmt sein, damit eine optimale Jahresarbeitszahl erreicht wird.
Dabei sind drei verschiedene Betriebsweisen möglich:
1. monovalent
Die Wärmepumpe Heizung ist alleiniger Wärmeerzeuger und deckt 100% des Wärmebedarfs. Anlagen mit den Wärmequellen Erdreich und Wasser werden monovalent betrieben.
2. bivalent - parallel
Wärmepumpe + Zusatzheizung - Die Wärmepumpe Heizung heizt bis zum Zuschaltpunkt allein. Nach dem Zuschaltpunkt heizt sie nachfolgend mit Kessel oder E-Heizstab. Neuanlagen mit der Wärmequelle Luft oder Umrüstung bei Altbausanierung werden bivalent betrieben.
3. bivalent - alternativ
Wärmepumpe oder Zusatzheizung - Die Wärmepumpe Heizung heizt bis zum Umschaltpunkt allein, danach heizt der Kessel allein. Hauptsächlich angewendet bei Nachrüstungen. Da der Verbrauch an Heizenergie und Warmwasser nicht stetig gleichbleibend ist, ist ein sogenannter Pufferspeicher - ein wärmeisolierter Tank - vorhanden, um das warme Wasser zwischenzulagern und eine effektive Arbeit der Wärmepumpe Heizung zu gewährleisten.
Die Leistung einer Wärmepumpenanlage
Damit die Wärmepumpe Heizung arbeiten kann, also den sogenannten Verdichter betreiben, benötigt sie Strom. Wieviel Strom wird benötigt, um die Umweltwärme auf eine höhere Temperatur zu bringen? Das ist die wichtigste Frage, wenn es um die Effizienz dieser Heizung geht. Bei der Beantwortung der Frage ist die erreichte Arbeitszahl der Wärmepumpe entscheidend. Um eine hohe Arbeitszahl zu erreichen, ist eine genaue Dimensionierung der Leistung der Wärmepumpe notwendig.
Die Leistungszahl ermittelt sich wie folgt:
e = Heizleistung /Antriebsleistung = (Umweltenergie + Antriebsleistung) / Antriebsleistung
Die Leistungszahl e gibt die abgegebene Heizleistung im Vergleich zur aufgewendeten Antriebsleistung wieder. Eine Leistungszahl von 4 bedeutet daher, daß das 4-fache der eingesetzten elektrischen Leistung in nutzbare Wärmeleistung umgewandelt wird. Diese Leistungszahl ist ein Momentanwert. Die im Laufe einer gesamten Heizperiode gelieferte Nutzenergie im Verhältnis zu der zugeführten Antriebsenergie ergibt die Jahresarbeitszahl.
Zu erwähnen ist in diesem Zusammenhang weiterhin, dass es neben den Kompressions-Wärmepumpen, die mit Strom als Antriebsenergie betrieben werden, wie oben beschrieben, auch noch Absorptions-Wärmepumpen mit sehr geringer Stromaufnahme und gasmotorisch angetriebene Wärmepumpen gibt, die aber für den Hausbereich keine oder noch keine Bedeutung haben.
Die Kosten für den Einbau einer Wärmepumpe
Die Kosten für den Einbau einer neuen Wärmepumpe Heizung liegen ca. 50% über den Kosten für den Einbau eine Gasheizung. Die genaue Höhe der Kosten läßt sich aber nur durch einen Fachmann errechnen, da eine ganze Reihe von Faktoren für die Berechnung eine Rolle spielen. Je nach Leistung der Wärmepumpe Heizung rechnet man mit Kosten zwischen 3.000 und 20.000 Euro. Hier heißt es also bei den Angeboten genau hinzusehen. So kostet zum Beispiel 1 Tiefenmeter an Bohrung für die Erdwärmesonde 50 Euro.
Hersteller von Wärmepumpe Heizungen sind unter anderen:
Die Fördermöglichkeiten beim Einbau von Wärmepumpen
Wer Maßnahmen zur Energieeinsparung bzw. zur Nutzung erneuerbarer Energien, wie zum Beispiel den Einbau einer Wärmepumpe Heizung trifft, sieht sich zunächst für gewöhnlich größeren Investitionen gegenüber. Diese finanziellen Belastungen muss man allerdings nicht alleine tragen. EU, Bund, Länder, Gemeinden und sogar einige Energieversorger unterstützen umweltfreundliche Energietechnologien mit zahlreichen Förderprogrammen.
Für Stromversorger sind Wärmempumpen interessanter als Heizungen mit 100% regenerativer Energie. Deshalb bieten viele spezielle Wärmepumpentarife und Investitionszuschüsse für die Wärmepumpe Heizung an. Da das jedoch in jedem Bundesland anders ist, muß man hier vor Ort Informationen über die genauen Bedingungen einholen.
Förderprogramme des Bundes
Das Ziel der Förderung durch den Bund ist es, den Absatz von Technologien der erneuerbaren Energien im Markt durch Investitionsanreize zu stärken. Es geht um die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Maßnahmen. Der hohe Stellenwert, den die erneuerbaren Energien in der Energiepolitik einnehmen, soll hier deutlich klargestellt werden. Es gibt die Fördergelder für Vorhaben zur kombinierten Heizung und Warmwasserbereitung mit erneuerbaren Energien, für Solarkollekotoranlagen, Anlagen zur Verbrennung von Biomasse und weitere Maßnahmen.
Die KfW Förderbank
Sie stellt Fördermittel zur Verfügung, wenn Gebäude saniert werden und moderne Heizungen eingebaut werden oder auch für die Modernisierung von Wohnraum, der die Heizung und die Warmwasserbereitung einschließt. Wer hier einen Beitrag zum Klimaschutz leistet bzw. den Energieverbrauch senkt, wie z. B. durch den Einbau einer Wärmepumpe Heizung, erhält einen zinsgünstigen Kredit.
Wer einen Neubau als Passivhaus, KfW-Energiesparhaus 40 oder KfW-Energiesparhaus 60 plant, findet in diesem Programm Unterstützung. Außerdem wird hier der Einbau einer Heizung auf Basis erneuerbarer Energien, wie z.B. die Wärmepumpe Heizung es darstellt, auch wenn der Neubau kein KfW-Energiesparhaus oder Passivhaus ist, gefördert.
Fördermittel der Bundesländer
Auch die einzelnen Bundesländer bieten attraktive Förderprogramme, die auch teilweise mit den Bundesprogrammen kombiniert werden können. Hier gibt es jedoch in den einzelnen Bundesländern qualitativ große Unterschiede, so dass man sich vor Bau- oder Umbaubeginn genau informieren muss, welche Fördermaßnahmen geboten werden.
Interessante Bücher zum Thema
Für die Planung einer Wärmepumpe Heizung für einen Neubau oder den Umbau einer vorhandenen, konventionellen Heizanlage finden Sie viele Informationen im Internet. Diese Bücher helfen Ihnen dabei, einen schnellen Start in das Thema zu finden, geben hilfreiche Tips, Kostenanalysen und Ansatzpunkte für die bestmögliche Planung.
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| Erneuerbare Energien und Klimaschutz Volker Quaschning |
Erdwärmenutzung: Versorgungstechnische Planung und Berechnung Peter Loose |
Das Einbringen von Erdsonden zur Nutzung der Erdwärme Robert Grzebiela |
Weitere Informationen
Prinzip und Nutzen einer Pufferspeicherheizung
Ein Pufferspeicher für eine Heizung hilft in Zeiten steigender Rohstoffpreise die Kosten für Heizung und Warmwasser im eigenen Haus zu senken, sowie den Schadstoff- und CO2 Ausstoss zu minimieren. Somit ist eine Pufferspeicherheizung nicht nur umweltschonend, sondern sie hilft jedem Hausbesitzer, bares Geld beim Heizen sowie der Erzeugung von Warmwasser zu sparen. Prinzipiell ist sie dabei nichts anderes als eine konventionelle Heizung, welche mit einem so genannten Pufferspeicher versehen wird,der den Wirkungsgrad der eigentlichen Heizung weit erhöhen kann.

Hierfür werden sehr einfache physikalische Prinzipien genutzt, um die von einem Heizungssystem erzeugte Wärme zu speichern, und über einen längeren Zeitraum abgeben zu können. Ein derartiger Pufferspeicher lässt sich aber nicht bei jedem Heizungstyp sinnvoll einsetzen. Betreibt man eine normale Öl- oder Gasheizung, so kommt in den meisten Fällen kein Pufferspeicher zum Einsatz. Öl- oder Gasheizungen springen immer dann an, wenn Wärme für Warmwasser oder die Heizung tatsächlich gebraucht wird, und erzielen dabei direkt einen sehr guten Wirkungsgrad.
Anders verhält es sich, wenn man alternative Technologien einsetzt, um ein Haus mit Heizungswärme und Warmwasser zu versorgen. Der Einsatz eines Pufferspeichers ist sinnvoll im Zusammenhang mit folgenden Heizungstypen:
- Festbrennstoff Heizung
- Wärmepumpe Heizung
- Solaranlagen
Diese Heizungstypen haben den Umstand gemein, dass sie nur zeitlich partiell wirklich effektiv betrieben werden können. Das hat zur Folge, dass sie auch nur zeitlich begrenzt Energie in Form von Wärme liefern können. Dann aber unter Umständen viel zu viel Energie, welche man in diesen Fällen dann nicht nutzen und somit verschwenden würde. Die Festbrennstoff Heizung zum Beispiel erzielt ihren besten Wirkungsgrad, wenn der entprechende Festbrennstoff in optimaler Weise abgebrannt wird. Dabei wird aber derart viel Energie in Form von Wärme freigesetzt, dass man diese weder bei der Erzeugung von Heizungswärme noch von Warmwasser tatsächlich nutzen könnte. Benötigt man dann zu einem späteren Zeitpunkt diese Energie, ist die Tagesmenge des Festbrennstoffes aber schon verbraucht. Eine Festbrennstoff Heizung würde hier sehr schnell ineffizient werden, weil sie jedesmal neu gezündet werden muss, wenn gerade der Bedarf für Wärme vorhanden ist. Ähnlich verhält es sich mit Solaranlagen. Diese erreichen ihren besten Wirkungsgrad in den Nachmittagstunden, wenn die Sonne am stärksten ist und das Wasser auf die höchste Temperatur gebracht wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Energie aber wahrscheinlich überhaupt nicht benötigt, weil kaum jemand zuhause ist.
Genau an dieser Stelle kommt ein Pufferspeicher bei einer Heizung zum Einsatz. Mit dessen Hilfe kann man die eigentliche Anlage unter optimalen Bedingungen Wärmeenergie erzeugen lassen, und diese dann im Pufferspeicher solange vorhalten, bis man sie tatsächlich benötigt. Mit Hilfe einer entsprechenden Heizung mit Anschluß eines Pufferspeichers kann man nicht nur die benötigte Wärme für die Heizungsanlage sondern auch Warmwasser für den normalen Verbrauch erhitzen. Hierbei kommen dann aber mehrere getrennte Wasserkreisläufe zum Einsatz, um das Entstehen von gefährlichen Bakterien (Legionellen) im Brauchwasser zu verhindern, und zwecks Verkalkungsschutz den Heizkreislauf geschlossen zu halten.
Funktionsweise Pufferspeicher
Die Funktionsweise eines Pufferspeichers ist prinzipiell sehr simpel, auch wenn die eigentlichen Anlagen für den Betrieb eines Pufferspeichers technisch etwas komplexer aufgebaut sind. Als Trägermedium eines Pufferspeichers kommt ganz normales Wasser zum Einsatz. Der Grund dafür ist, dass Wasser eine ganz besondere physikalische Eigenschaft hat: eine sehr hohe sogenannte spezifische Wärmekapazität - Wasser kann Energie in Form von Wärme besser als andere zur Verfügung stehende Materialen speichern. Um die Temperatur einer bestimmten Menge Wasser in einem Pufferspeicher einer Heizung um ein Grad Celsius anzuheben, benötigt man wesentlich mehr Energie in Form von Wärme, als bei anderen Stoffen oder Flüssigkeiten.
Der Brennkessel einer Heizung kann sehr viel Wärme erzeugen, und diese an das Wasser im Pufferspeicher abgeben, bevor dieses beginnt zu sieden und zu verdampfen. Andererseits gibt das Wasser im Pufferspeicher auch die gleiche Menge an Energie wieder ab, wenn seine Temperatur um ein Grad Celsius abfällt. Wasser eignet sich also in idealer Weise als Wärmespeicher und wird daher auch in Fernwärmesystemen und großen Heizungssystemen als verlustgeringer Wärmeträger genutzt.

Der Pufferspeicher wird hierfür in Form eines mehrere tausende Liter Wasser fassenden Tanks, zusammen mit der eigentlichen Heizung eingebaut. Normale, industriell gefertigte Pufferspeicher haben Fassungsvermögen von 1000 Litern Wasser oder mehr. In vielen Fällen lohnt es aber, sich den Tank für eine Pufferspeicher Heizung anfertigen zu lassen, da größere konventionelle Pufferspeicher allein aufgrund ihrer Größe nachträglich nur schwer bis gar nicht verbaut werden können. Ist der Pufferspeicher zusammen mit der Heizung eingebaut, so kann er die im Brennkessel erzeugte Wärme direkt aufnehmen und in Form der erhöhten Temperatur des Wassers über sehr lange Zeit speichern. Um einen Wärmeverlust an die Umgebungsluft zu verhindern, wird der Pufferspeicher der Heizung mit Dämmmaterial verkleidet und mit weiteren Maßnahmen der Wärmeverlust so weit es geht verringert.
Kommt ein Pufferspeicher nur in Verbindung mit einer Heizung zum Einsatz, so kann er ohne Wärmetauscher eingesetzt werden. Das im Puffer befindliche Wasser wird so direkt in den Heizkreislauf eingespeist, und zirkuliert in diesem, um die Wärme im Wohnraum abzugeben. Moderne Pufferspeicher verfügen aber auch für diesen Anwendungsfall über einen Wärmetauscher. Dieser ist oft in Form von spiralförmig verlegten Rohren im Tank des Pufferspeichers zu finden. Zirkuliert abgekühltes Heizwasser aus dem Heizkreislauf durch diese Heizschlangen, wird dieses durch das umgebende wärmere Wasser wieder aufgeheizt. Der Pufferspeicher gibt seine Energie langsam an den Heizkreislauf ab.
Ähnlich verhält es sich, wenn auch Brauchwasser mit Hilfe einer Pufferspeicher gestützten Heizung erhitzt werden soll. Um die Entstehung von gefährlichen Bakterien zu verhindern, wird in diesem Fall das benötigte Brauchwasser erst dann erhitzt, wenn es tatsächlich benötigt wird. Hierfür lässt man es auch durch einen Kreis von Heizschlangen laufen, welche direkt im Tank des Pufferspeichers verlegt sind. Während das Wasser dieses Leitungssystem durchströmt, wird es wie bei der Heizung durch das umgebende, heissere Wasser des Pufferspeichers erhitzt und kann dann direkt genutzt werden.
Der Einsatz dieser Wärmetauscher sorgt dafür, dass alle 3 Wasserkreisläufe - der zwischen Brennkessel und Pufferspeicher, der Heizkreislauf, sowie der Warmwasserkreislauf - komplett voneinander getrennt sind. Dies ist auch absolut notwendig. Da das Wasser eines Pufferspeichers einer Heizung dauerhaft eine hohe Temperatur hat, ist hier das Wachstum von Organismen wie Bakterien in jedem Fall erhöht. Dieses Wasser darf nicht als Brauchwasser genutzt werden, weil es dem Menschen ernsthaft gefährlich werden kann. Etwas anders verhält es sich bei dem Wasser für den Heizungskreislauf. Hier versucht man im Normalfall einmal eingefülltes Wasser so lange zu nutzen, wie es möglich ist, um die Verkalkung der Heizungsanlage so gering wie möglich zu halten.
Typen von Pufferspeichern für eine Heizung
Aktuell werden technisch drei verschiedene Arten von Pufferspeichern für eine Heizung unterschieden:
- Kombispeicher
- Frischwasser-Pufferspeicher
- Schichtenlader
Kombispeicher
Bei einem Kombispeicher handelt es sich um ein kleines Trinkwasserreservoir, welches von dem Pufferspeicher Wasser umgeben ist. Diese Art hat den Nachteil, dass das Brauchwasser dauerhaft auf erhöhter Temperatur gehalten wird, und die Vermehrung von gefährlichen Bakterien (Legionellen) somit begünstigt wird. Der Einsatz eines Kombispeichers für den reinen Heizungsbetrieb ist aber uneingeschränkt zu empfehlen.
Frischwasser-Pufferspeicher
In einem so genannten Frischwasser Pufferspeicher wird die Erzeugung von warmem Wasser für den Gebrauch als Trinkwasser anders gehandhabt als in einem Kombispeicher. Hier wird das Brauchwasser erst auf Anforderung durch ein Heizschlangensystem im Pufferspeicher geleitet, und so erst dann erwärmt, wenn es benötigt wird. Somit können sich Bakterien oder andere Organismen, welche Wärme für die Vermehrung benötigen nicht ausbreiten. Für die Verwendung als Brauchwassererhitzer sollte daher in jedem Fall ein Frischwasser Pufferspeicher eingesetzt werden.
Schichtenlader
Ein Schichtenlader Pufferspeicher stellt eines der modernsten und technisch aktuellsten Konzepte dar. Er kann als intelligenter Pufferspeicher bezeichnet werden, weil er die natürliche Schichtung von warmem Wasser (oben) zu kaltem Wasser (unten) energetisch optimal ausnutzt. Ein Schichtenlader Pufferspeicher kann somit als optimal für den Einsatz bei Heizung und für die Erzeugung von Warmwasser angesehen werden, und wird heute von fast allen Herstellern von Pufferspeichern angeboten.
Anwendungsszenarien eines Pufferspeichers
- Pufferspeicher für Standardanlagen
Aufgabe:
Die Pufferspeicherheizung soll insbesondere in der nicht so kalten Übergangszeit die überschüssige Energie einer Kesselfüllung - in Form von Wärme, die momentan nicht benötigt wird, aufnehmen können (der so genannte Lastausgleich). Weiterhin sollte er auch dann die Energiemenge einer kompletten Kesselfüllung aufnehmen können, wenn keine Wärme durch Heizung oder den Verbrauch von Warmwasser abgenommen wird. Beim Erreichen der maximalen Temperatur des Pufferspeichers soll hierbei das Brennmaterial möglichst komplett durchgebrannt sein, um somit den optimalen Wirkungsgrad des Heizkessels nutzen zu können. In der kalten Jahreszeit, wenn der Heizkessel im Volllastbetrieb arbeitet, hat der Pufferspeicher normalerweise keine Bedeutung, da kaum überschüssige Wärme anfällt.
Nachteile im Winter:
- die Intervalle, in denen Brennmaterial nachgelegt werden muss, sind vom Füllraumvolumen und von der herrschenden Außentemperatur abhängig
- wesentlich kürzere Entladezeiten des Pufferspeichers als im Sommer, geringere Speicherkapazität für Wärme
- in der kalten Jahreszeit muss Brennmaterial bei Holzheizungen mehrfach am Tag nachgelegt werden (entfällt bei automatischer Befüllung)
Vorteile:
- im Frühjahr und im Herbst sind die Nachlegeintervalle wesentlich größer
- im Sommer muss je nach Dimensionierung nur ein bis zwei mal pro Woche angefeuert werden (Warmwasserbereitung)
- ganzjährig wird ein sehr guter Kesselwirkungsgrad und ein optimaler Abbrand erzielt
- geringerer Platzbedarf
- das spätere Nachrüstung einer solchen Anlage ist in den meisten Fällen möglich
- für Regelung und Hydraulik entsteht nur sehr geringer Aufwand
- kostengünstige Lösung, geringe Investition
Puffervolumen:
Für das Puffervolumen des Speichers kann man von einem Richtwert von 50 bis 55 Liter je kW Feuerungswärmeleistung ausgehen. Die Feuerungswärmeleistung sollte hierfür für das Haus aus dem aktuellen Öl- oder Gasverbrauch errechnet werden, aber auch kurzzeitige Extrema berücksichtigen. So sollte in jedem Fall von Wintertagen mit bis zu -15 Grad Celsius ausgegangen werden, um in diesem Fall auch ausreichend Energie in Form von Wärme zur Verfügung zu haben.
Anwendungsempfehlung:
Die Anwendung einer solchen Anlage empfiehlt sich in folgenden Fällen:
- bei der Kombination mit einer Hauptanlage in Form einer Öl- oder Gasheizung
- bei dem nachträglichen Einbau einer Festbrennstoff Heizung, wenn Platzprobleme vorherrschen
- wenn im Winter das mehrmalige Nachlegen von Brennmaterial problemlos möglich ist, oder eine Befüllanlage vorhanden ist
- wenn bei einer Kombi Heizung der Holzanteil bei der Wärmeerzeugung unter 50% liegt
- Pufferspeicher für Komfortanlagen
Aufgabe:
Im Falle von Komfortanlagen sollte der Pufferspeicher der Heizung in der Lage sein, gerade in der Übergangszeit und im Winter die überschüssige Energie in Form von Wärme - die zur Abbrennzeit nicht benötigt wird - von durchaus mehreren Kesselfüllungen aufnehmen zu können. Gerade in den Wintermonaten kommt es darauf an, dass der Pufferspeicher entsprechend groß dimensioniert ist, um an wirklich kalten Tagen die Versorgung des Hauses mit Heizungswärme und Warmwasser auch mit Reserve sicherzustellen.
Vorteile:
- durch die größere Auslegung der Pufferspeicher steigt die Wärmekapazität des Gesamtsystems und somit auch die Entladezeiten der Pufferspeicher - erhöhter Komfort
- auch im Winter kommt man auf lange Nachlegeintervalle (bei 0 Grad Celsius einmal pro Tag)
- bei einer Pufferspeicher gestützten Heizung kann prinzipiell das gesamte Jahr mit Holz geheizt werden
- keine Kombination mit Öl/Gas erforderlich
- eine Kombination von einer Komfortanlage mit einer Öl- oder Gasheizung ist nicht erforderlich
- die maximal erreichbare Kostenersparnis eines Pufferspeichers ist wesentlich höher als bei Standaranlagen
- im Falle eines Neubaus einer Heizungungsanlage mit Pufferspeicher ist eine Kombination mit einer zweiten Anlage (Öl oder Gas) nicht zwingend erforderlich
Nachteile:
- je nach vorherrschender Aussentemperatur muss mehrmalig pro Tag nachgelegt werden, wenn die Kesselleistung für den eigentlichen Wärmebedarf zu gering ausgelegt wurde
- eine aufwändigere Regelungstechnik, Hydraulik sowie größere Puffer mit besserer Isolierung erhöhen die Anschaffungskosten
- der Platzbedarf durch mehrere Pufferspeicher der Heizung erhöht sich im Vergleich zu Standardanlagen
- bei der Verwendung von Standard Pufferspeichern (1000 Liter) ist eine Raumhöhe von ca. 2.3m und eine Türbreite von mehr als 0.9m für den Einbau erforderlich
Puffervolumen:
Bei der Errichtung einer Komfortanlage sollte für die Dimensionierung des Pufferspeichers ein Richtwert von circa 100 Litern Wasser pro benötigtem kW Leistung angesetzt werden. Die tatsächlich benötigte Leistung der Heizung kann dabei aus dem aktuellen Öl- oder Gasverbrauch sehr einfach errechnet werden.
Anwendungsempfehlung:
Die Anwendung einer Heizung in Kombination mit einem Puffer als Komfortanlage empfiehlt sich in folgenden Fällen:
- bei der ganzjährigen und ausschließlichen Nutzung mit höchstem Komfort und nur mit Holz
- im Fall eines Neubaus oder wenn noch keine Heizung in Form von Öl oder Gas vorhanden ist
Pufferdimensionierung
Bei der Planung einer Pufferspeicher Heizung sollte bei der Bestimmung der notwendigen Speicherzeiten und den damit direkt in Verbindung stehenden Nachlegeintervallen bei der Berechnung des Puffervolumens für das gesamte Heizsystem unbedingt in Betracht gezogen werden. In diesen Fällen ist eine maximale oder übermaximale Auslegung des Puffervolumens nicht unbedingt sinnvoll, sondern kann in bestimmten Konstellationen mit einem Pufferspeicher auch zu Problemen führen. Hier gilt also nicht der Vorsatz: je größer, desto besser. Bei einem größeren Volumen ist zum Beispiel gerade im Winter eine vollständige Aufladung der Pufferspeicher mit einer einzigen Kesselfüllung nicht mehr möglich. Hier sollte die maximale Kesselleistung in jedem Fall nach dem Puffervolumen und nicht allein nach dem Wärmebedarf ausgelegt werden. Eine eingehende Beratung durch ein Fachunternehmen ist hier in jedem Fall empfehlenswert.
Für die grundlegende Auslegung des Speichervolumens einer so geplanten Heizung kommen aber folgende Faktoren in Betracht:
- die Leistungsmodulation des Kessels (lastvariabler Kessel oder so genannter Volllast-Kessel)
- das maximale Volumen des Brennstoff-Füllraums
- der Energiegehalt und Abbrandzeit einer Füllung und die damit zur Abbrandzeit freigesetzte Leistung in Form von Wärme
- der Heizwert des eingesetzten Brennstoffes (Holz, Holzpellets, Getreidepellets, Späne)
- die wirksame Temperaturdifferenz im Speicher
- die eigenen Komfortansprüche (wie groß sollen Nachlegeintervalle sein)
- die Auslegung der im Haus eingesetzten Heizflächen
- die minimal angenommene Außentemperatur sowie das Temperaturmittel in der Region
- durchschnittliche Wärmeverluste des Puffers (Isolierung, Form)
Das Volumen eines Pufferspeichers wird in den meisten Fällen, in denen es sich nicht um einen Neubau handelt, allein durch den maximal zur Verfügung stehenden Platz im Heizraum bestimmt. 1000 Liter Wasser haben ein Volumen von genau einem Qubikmeter und damit Abmaße von mindestens 1m x 1m x 1m. Ausgehend davon sollte das Speichervolumen des Pufferspeichers aber mindestens bei 50 bis 55 Litern je kW der installierten Feuerungswärmeleistung liegen. Für einen erweiterten Komfort sind aber 100 Liter je kW Leistung empfehlenswert. Allerdings sind dies nur Richwerte und entsprechen keiner optimalen Auslegung der Heizungsanlage, sondern sollen eher als Orientierung dienen.
Wenn man beim Kauf einer Pufferspeicherheizung auf einen so genannten modulierenden Vergaserkessel mit Leistungs- und Feuerungsregelung und einer sehr langen Brenndauer ausweicht, kann der Pufferspeicher für die Heizung durchaus kleiner dimensioniert werden. Auch die Beschränkung auf möglichst niedrige Heizflächentemperaturen kann hier hilfreich sein, und das notwendige Volumen der Pufferspeicher für die Heizungsanlage senken.
Berechnungshinweise:
1. Der Energiegehalt einer Kesselfüllung QE in kWh berechnet sich auf folgender Grundlage:
Erforderliche Werte:
- das Füllraumvolumen des Brennkessel (in Litern) l
- der Umrechnungsfaktor von Schichtmaß in Festmaß f
- die Dichte des eingesetzten Brennstoffes ς (kg/l)
- der Heizwert des Holzes oder Brennstoffes Hu (kWh/kg)
- der Wirkungsgrad des Brennkessels η
2. Die theoretische Brenndauer einer Füllung tB (h) einer puffergestützten Heizung berechnet auf folgender Grundlage:
Erforderliche Werte:
- die Gesamtleistung des Brennkessels bei Voll- und Teillast NK (kW)
- tB = QE / NK
3. Das Puffervolumen VP (l) ohne Wärmeabnahme pro Abbrand berechnet sich wie folgt:
Erforderliche Werte:
- der Energiegehalt einer Kesselfüllung QE (kWh)
- die spezifische Wärmekapazität von Wasser cw (kJ/kg K)
- die maximale nutzbare Temperaturdifferenz im Pufferspeicher Δt (K)
- der sogenannte Zuschlagsfaktor für vorherrschende Wärmeverluste der Pufferspeicher fv
Hersteller von Pufferspeichern für Heizungen
Fast alle deutschen Hersteller, welche in Deutschland oder Europa zugelassene Festbrennstoff Heizungen im Angebot haben, bieten gleichzeitig auch passende Pufferspeicher an. Bei den polnischen und tschechischen Anbietern von Festbrennstoff Anlagen ist dies aber meist nicht der Fall. Eine Auswahl, welche aber keinen Anspruch auf Vollständigkeit erhebt, finden Sie hier:







