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Schichtladespeicher: Funktion, Aufbau und Varianten

Was ist ein Schichtladespeicher? Wie ist er aufgebaut? Wie funktioniert er? Welche Vorteile hat das Schichtladeprinzip? Bei welchen Anwendungen kommt ein Schichtenspeicher zum Einsatz?

Was beim Strom die Batterie ist, das ist bei der Wärme der Speicher: Lagerplatz für aktuell nicht benötigte Energie. Im Speicher wird die Wärmeenergie zwischengelagert, man sagt auch „gepuffert“, bis sie zu einem späteren Zeitpunkt abgerufen wird. Je länger ein Speicher die Wärme „puffern“ kann, desto besser. Es gibt verschiedene bautechnische und technologische Maßnahmen, um das Speichervermögen eines Speichers zu verbessern: angefangen von einer Dämmung des Geräts bis zur komplexen Strategie wie etwa das Schichtladesystem eines ist. Wir erklären Ihnen in diesem Artikel, wie ein Schichtladespeicher aufgebaut ist und wie er funktioniert. Sie erfahren dabei auch, in welchen Anwendungen der Schichtladespeicher seine Fähigkeiten besonders vorteilhaft einsetzt.

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Funktionsprinzip einfach erklärt

Ein Schichtladespeicher beziehungsweise Schichtenspeicher ist ein Warmwasserspeicher, dessen natürliche Temperaturschichtung – teilweise konstruktiv unterstützt – besonders ausgenutzt wird.

Temperaturschichtung

Wird ein Warmwasserspeicher, den man wegen der eingangs erwähnten Fähigkeit, „zu puffern“, auch Pufferspeicher nennt, von oben mit warmem Wasser beschickt, das von einem Heizkessel, einer Wärmepumpe oder einer Solarthermie-Anlage erwärmt wurde, ergibt sich bestenfalls eine natürliche Schichtung desselben im Vorratsbehälter.

Dieser Temperaturschicht liegt zugrunde, dass warmes Wasser eine geringere Dichte hat als kaltes und sich deshalb immer über diesem schichtet. Idealerweise ist die temperaturbedingte Schichtung stabil, das heißt, es findet keine Durchmischung des unterschiedlich temperierten Wassers infolge einer Konvektion statt.

Die stattfindende Wärmeleitung von oben nach unten ist dabei relativ vernachlässigbar, da die Wärmeleitfähigkeit des Elements Wasser sehr gering ist. Das Schichtladeprinzip kann man für Schichtladespeicher anwenden, die für warmes Brauchwasser und / oder Heizwasser sorgen sollen.

Vorteile der Schichtladung

Das eben beschriebene Prinzip der Temperaturschichtung wird im Schichtladespeicher auf besondere Weise ausgenutzt, wobei der Nutzen der Temperaturschichtung darin besteht, dass man von oben stets vergleichsweise warmes Wasser entnehmen kann – und das selbst dann noch, wenn der Schichtladespeicher schon recht leer ist.

Im Vergleich zu einem Schichtladespeicher sieht es beim herkömmlich funktionierenden, ständig durchmischten Speicher so aus: Da sich das Wasser ständig vermischt, würde der Anteil, den man zapft, immer kälter werden. Man müsste deshalb den Speicher früher nachheizen.

Aus energetischer Sicht macht es Sinn, dass in etwa das oberste Drittel Wasser im Schichtladespeicher die Temperatur erreicht, die gebraucht wird. Auf diese Weise reduziert man die unausbleiblichen Wärmeverluste des Schichtladespeichers. Zum anderen erhält man sich damit Kapazitäten, die im Falle einer solaren Warmwasserbereitung und / oder Zuheizung zur Verfügung steht, um wetterbedingt neu eintreffende solare Wärme unmittelbar aufzufangen und zu lagern.

Daraus folgt, dass man einen Schichtladespeicher auch vergleichsweise kleiner dimensionieren kann als einen herkömmlich arbeitenden Warmwasserspeicher. Das spart Anschaffungskosten und Aufstellplatz. Und nicht zuletzt auch Energieverluste.

Bereits nach wenigen Minuten Beladung stellt der Schichtladespeicher warmes Wasser zur Verfügung. (Grafik: energie-experten.org)
Bereits nach wenigen Minuten Beladung stellt der Schichtladespeicher warmes Wasser zur Verfügung. (Grafik: energie-experten.org)

Experten-Wissen: Die Effizienz der Wärmequelle im Zusammenspiel mit einem Schichtladespeicher lässt sich optimieren, wenn man als Wärmerzeuger ein System wählt, das eine niedrige Rücklauftemperatur „verarbeiten“ kann, zum Beispiel eine Wärmepumpe oder ein sogenannter Brennwertkessel.

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Strategisch-technologischer Aufbau eines Schichtladespeichers

Um dem Funktionsprinzip der Schichtladung und -speicherung Rechnung zu tragen, baut man einen Schichtladespeicher auch unter dafür strategisch vorteilhaften Gesichtspunkten. Dazu gehören:

Bauweise

Von Vorteil für das Schichten der unterschiedlich temperierten Wassermengen ist eine hohe, schlanke Form. Allerdings bedeutet sie im Vergleich zu einer kompakteren Bauweise auch eine größere Fläche, über die Wärme verloren gehen kann. Hier kommt es auf die passende Dämmung des Schichtladespeichers an, wobei man darauf achten sollte, dass neben der Schichtladespeicherwand insbesondere Boden- und Deckelfläche sowie Anschlüsse dicht gedämmt sind.

Beladung

Von Vorteil ist eine Beladung, die buchstäblich keinen großen Wirbel, sprich: Wasserwirbel macht. Denn dabei würde sich das zuzuladende warme Wasser mit den kühleren Schichten im Schichtladespeicher vermischen – und das ist aus energetischer Sicht unerwünscht.

Der Zulauf sollte deshalb so gelegt werden, dass das einströmende Wasser nicht erst nach unten gedrückt wird, sondern sich gleich oben aufschichtet. Dazu lässt man das heiße Wasser möglichst waagerecht einlaufen.

Manche Hersteller von Schichtladespeichern setzen auch sogenannte Prallbleche (Leitbleche) ein, um das heiße Wasser sanft auf das kühlere zu schichten. Dafür ist auch eine geringe Fließgeschwindigkeit, sowohl des zuströmenden Wassers als auch dessen, das abgenommen wird, hilfreich.

Entladung

Von Vorteil ist nach der optimalen Be- selbstverständlich auch eine optimale Entladung des Schichtladespeichers. Hier kommt es ebenfalls auf eine verwirbelungsarme Wasserentnahme an, so dass die Entladung wie die Beladung schichtweise erfolgt.

Speichervarianten schichtweiser Be- und Entladung

Multivalente Speicher

Es gibt Schichtladespeicher, die mehrere Anschlüsse für die Beladung und / oder Entladung haben. Die einzelnen Anschlüsse befinden sich in unterschiedlichen Höhen des Geräts. Das macht dann Sinn, wenn beispielsweise als Wärmeerzeuger der Heizungsanlage eine Wärmepumpe, die grundsätzlich Wasser mit einer nicht sehr hohen Temperatur liefert, mit einem Heizkessel kombiniert wird, der im Stande ist, recht heißes Wasser zu liefern.

In diesem Beispielfall würde man den vergleichsweise kühleren Zulauf von der Wärmepumpe eher im mittleren Bereich des Schichtladespeichers platzieren, im Fachjargon heißt es auch: einspeisen, während der heißere Zulauf vom Heizkessel weiter oben stattfände. Allerdings könnten mehrere Anschlüsse auch die Stillstandswärmeverluste erhöhen.

Hydraulikbeispiel für die Anbindung einer Wärmepumpe, eines Kamins und einer Solarthermie-Anlage an einen multivalenten Schichtladespeicher (Grafik: Buderus)
Hydraulikbeispiel für die Anbindung einer Wärmepumpe, eines Kamins und einer Solarthermie-Anlage an einen multivalenten Schichtladespeicher (Grafik: Buderus)

Thermohydraulische Speicher

Im Idealfall käme warmes Wasser immer genau in die Schicht des im Schichtladespeicher bereits vorrätig gehaltenen Warmwassers, die der Temperatur des Zulaufs am nächsten liegt. Zu solcher Leistung sind sogenannte thermohydraulische Schichtspeicher heute schon fähig.

Sie gelingt, weil diese Schichtladespeicher ein integriertes, vertikal eingebautes Rohr aus Kunststoff haben, das mehrere Wasserauslässe besitzt. Über dieses Rohr steigt wärmeres Wasser auf und schichtet sich über die oberen Öffnungen im Speicher oben auf, während kühleres Wasser weiter unten bleibt und dort Schichten bildet.

Hier sehen Sie eine schematische Darstellung des thermohydraulischen Schichtungsprinzips des Schichtladespeichers Oskar von ratiotherm
Der Schichtspeicher Oskar° von ratiotherm besitzt einen speziellen Schichteinsatz, mit dem das von der Pumpe bewegte Wasser verwirbelungsfrei eingelagert bzw. entnommen werden kann. So entstehen bis zu sieben verschiedene thermohydraulische Wärmeschichten. (Grafik: ratiotherm Heizung- und Solartechnik GmbH & Co. KG)

Diese Warmwasserzufuhr auf der jeweils passenden Temperaturhöhe ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine Solarthermie-Anlage mit ihren Kollektoren Warmwasser mit variablen Temperaturen liefert. Grundsätzlich macht der beschriebene innere Aufbau des Schichtladespeichers auch Schluss mit Verlusten, wie sie mehrfache Rohranschlüsse außen am Gerät verursachen.

Tabelle 1: Beispiel-Preise für Schichtladespeicher im Überblick
Ausstattung Volumen Netto-Preise
ohne Wärmetauscher 526 Liter 879 €
ohne Wärmetauscher 682 Liter 889 €
ohne Wärmetauscher 848 Liter 939 €
mit 1 Wärmetauscher 514 Liter 956 €
mit 1 Wärmetauscher 666 Liter 976 €
mit 1 Wärmetauscher 832 Liter 1.026 €
mit 2 Wärmetauschern 506 Liter 1.023 €
mit 2 Wärmetauschern 654 Liter 1.043 €
mit 2 Wärmetauschern 816 Liter 1.093 €

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"Schichtladespeicher: Funktion, Aufbau & Varianten" wurde am 12.02.2018 das letzte Mal aktualisiert.