Zur zeitlichen Verschiebung der Wärmeerzeugung und des Wärmebedarfs können Wärmespeicher in kalten Nahwärmenetzen eine sinnvolle Ergänzung sein. Hierbei kommen große zentrale wassergefüllte Speicher, saisonale Speicher oder dezentrale Speicher in Gebäuden zum Einsatz.

Welche Speicher gibt es für kalten Nahwärmenetze?

Anders als bei konventionellen Wärmenetzen hängt die Wahl eines sinnvollen Speicherkonzepts stark von den gegebenen Randbedingungen des kalten Nahwärmenetzes ab wozu auch die Art der Wärmequelle gehört. Grundsätzlich kann zwischen großen, zentralen Speichern und kleineren dezentralen Speichern unterschieden werden. Zudem können saisonale Speicher und mittelgroße, zentrale Wärmespeicher in Betracht kommen.

Zentrale Wärmespeicher für kalte Nahwärme

Eine spezielle Form von Wärmespeichern stellen mittelgroße, wassergefüllte Speicher dar, welche in der Regel Volumina von einigen hundert Kubikmetern aufweisen. Sie erhöhen den Ausgleich von Wärme- und Kältebedarfen im Quartier. Diese Speicher sind meist hydraulisch direkt - oder alternativ über Wärmeübertrager indirekt - mit dem kalten Nahwärmenetz verbunden. Der Speicher ist geschichtet und weist im oberen Bereich eine warme Zone auf, welche Wasser auf einer Temperatur des warmen Leiters enthält. Die Zone im unteren Teil des Speichers ist auf dem Temperaturniveau des kalten Leiters. An der Oberseite ist der Speicher mit dem warmen Leiter und an der unteren Seite mit dem kalten Leiter des Wärmenetzes verbunden.

Abbildung 1: Beladung und Entladung eines zentralen Speichers für kalte Nahwärmenetze

Wenn Wärmebedarfe im Quartier überwiegen, tritt an der Unterseite Wasser aus dem kalten Leiter in den Speicher ein. Gleichzeitig verlässt warmes Wasser an der Oberseite den Speicher und tritt in den warmen Leiter des Wärmenetzes ein. Der zentrale Speicher kann so die Netto-Wärmebedarfe des Quartiers ausgleichen. Ist der Speicher entleert, das heißt vollständig auf der Temperatur des kalten Leiters, muss der Wassermassenstrom durch den Speicher unterbunden werden, sodass kein Wasser aus dem kalten Leiter in den warmen Leiter überströmt. Sobald Kältebedarfe im Quartier überwiegen, wird der Massenstrom des Netzes an der Energiezentrale wieder durch den Speicher geführt und warmes Wasser aus dem warmen Leiter tritt an der Oberseite in den Speicher ein. Das warme Wasser verdrängt das kalte Wasser, welches in den kalten Leiter strömt. Diese Art von zentralem Wärmespeicher eignet sich besonders gut für Quartiere, die einen häufig wechselnden Netto-Wärme- oder Netto-Kältebedarf aufweisen. Ein häufiger Wechsel kann beispielsweise im Sommer beobachtet werden, wenn sowohl Trinkwarmwasser-Bedarfe als auch Kältebedarfe über den Tag zu unterschiedlichen Zeiten vorliegen. Je öfter sich Netto-Wärme- und Kältebedarfe abwechseln, desto höher die Wirtschaftlichkeit des Speichers. Ein zentraler Speicher, der hydraulisch direkt mit dem Wärmenetz gekoppelt ist, kann außerdem zur Druckhaltung des Wärmenetzes fungieren.

Im nPro-Tool ist für kalte Nahwärmenetze der sogenannte Kombi-Speicher zur Abbildung eines zentralen, wassergefüllten Wärmespeichers verfügbar.

Geothermiefelder als Speicher für kalte Nahwärme

Zur saisonalen Wärmespeicherung sind außerdem Geothermiesondenfelder geeignet. Je nach geologischen Verhältnissen können auch Aquiferspeicher möglich sein. Geothermie-Sonden stellen im Winter Wärme bereit, im Sommer können sie überschüssige Wärme in den Boden einspeisen. Geothermiefelder eignen sich sehr gut für die Versorgung von kalten Nahwärmenetzen, da diese Netze im Sommer überschüssige Abwärme aus der Kältebereitstellung in den Boden einbringen können und so das Geothermiesondenfeld thermisch regenerieren können. Durch die Regeneration im Sommer kühlen Geothermiefelder über den Verlauf mehrerer Betriebsjahre weniger stark ab und stellen dem Wärmenetz im Winter höhere Temperaturen bereit. Geothermiefelder fungieren hierbei also als eine Art saisonaler Wärmespeicher.

Dezentrale Wärmespeicher

Als Ergänzung zu zentralen Speichern, können dezentrale Wärmespeicher in Gebäuden vorgesehen werden, welche die üblichen Pufferspeichervolumina übersteigen. Die Wärmespeicher sind üblicherweise zwischen der Wärmepumpe und dem Gebäudeenergiesystem vorgesehen. Auf diese Weise erhöhen sie die Betriebsflexibilität der Wärmepumpe. Soll beispielsweise Strom aus Photovoltaik-Anlagen auch für den Betrieb der Wärmepumpe genutzt werden, kann der Autarkiegrad des Gebäudes durch dezentrale Wärmespeicher erhöht werden, da die Wärmepumpe vor allem zu den Mittagsstunden laufen kann und den Wärmespeicher belädt. Über den weiteren Tagesverlauf und in der Nacht können dann Trinkwarmwasser- und Heizbedarfe mit Hilfe des Wärmespeichers gedeckt werden.