Welcher saisonale Wärmespeicher ist der beste?

Optimierte Wärmespeicher für bis zu 85 % thermische Selbstversorgung in Mehrfamilienhäusern

Das Projekt HyTES untersucht, wie sich saisonale Wärmespeicher mit Wasser und Phasenwechselmaterialien (PCM) verbessern lassen. Ziel ist es, Kosten, Emissionen und das nötige Speichervolumen zu senken und gleichzeitig eine möglichst hohe thermische Selbstversorgung zu erreichen – also einen grossen Teil des jährlichen Wärmebedarfs direkt vor Ort über das eigene Energiesystem (Solarstrom) zu decken.

Die Ergebnisse zeigen, dass ein Gebäude bis zu 85 Prozent seines Wärmebedarfs selbst abdecken kann, ohne dass der Speicher übermässig gross werden muss. Zudem bestätigt die Analyse, dass hybride Speicher deutlich klimafreundlicher sind als fossile Heizsysteme.

HyTES verbindet Systemanalyse und Komponentendetailtiefe, schaut also sowohl auf das grosse Ganze als auch tief ins technische Detail. Dadurch entstehen besonders verlässliche und realistische Ergebnisse. Die Studie berücksichtigt unter anderem:

• Verschiedene Speicherkonzepte
• Die Rolle und Dynamik der PCM-Kapseln
• Einfluss von Wetter, Lastprofilen und Betriebsstrategien

Vergleich der Speicherkonzepte

Untersucht wurden drei Speicherarten: ein zylindrischer vakuumisolierter Tank, eine kugelförmige Kunststoffspeichereinheit und ein rechteckiger umgebauter Kellerraum. Alle Varianten können PCM integrieren.

• Der vakuumisolierter Tank überzeugt durch sehr geringe Wärmeverluste, ist aber teuer und aufgrund der Aushubtiefe limitiert. Ideal für Projekte mit wenig Platz und hohen Anforderungen an Effizienz.
• Die Kunststoffspeichereinheit stellt einen praxisnahen Kompromiss dar: moderater Preis, gute Isolierleistung, industriell verfügbar und geeignet für typische Mehrfamilienhäuser mit mittlerer Autarkie.
• Der Keller ist ökologisch und wirtschaftlich besonders attraktiv, sofern Gebäuderaum vorhanden ist. Die optimale Lösung bei vorhandenen Kellerräumen und Fokus auf geringe Systemkosten.

Rolle von PCM in saisonalen Speichern

Phasenwechselmaterialien (PCM) speichern Wärme, indem sie ihren Aggregatzustand ändern – ähnlich wie Eis, das beim Schmelzen Energie aufnimmt. Dadurch kann bei konstanter Temperatur viel Energie gespeichert werden. So steigern PCM die Energiedichte und verbessern die thermische Leistung des Speichers. Das ermöglicht kleinere Speichervolumina und stabilere Betriebstemperaturen.

Im Projekt HyTES wurden PCM-Kapseln verschiedener Grössen und Materialien simuliert. Besonders relevant ist ihre Wirkung auf die obere Schicht des Speichers: Sie stabilisiert die Temperaturen, reduziert Verluste und erhöht die Effizienz des Gebäudesystems.

Vorteile von PCM auf einen Blick

• Höhere Energiedichte bei gleicher Speichermenge
• Verbesserte Schichtung und Temperaturkonstanz
• Geringe Anforderungen an Wärmeleistung im saisonalen Betrieb

Praxisnutzen für Schweizer Mehrfamilienhäuser

Für die Energieversorgung eines typischen Mehrfamilienhauses in der Schweiz sind saisonale Speicher ein zentraler Baustein, um die Energieziele 2050 zu erreichen. HyTES zeigt, dass sich mit Kombinationen aus PV, Wärmepumpe und Hybrid-Speicher hohe Autarkiegrade realisieren lassen.

Das Projekt nutzt reale Lastprofile und lokale Wetterdaten, um praxistaugliche Szenarien zu simulieren. Entscheidende Faktoren sind die PV-Fläche, die Leistung der Wärmepumpe und die Geometrie des Speichers. Bei optimaler Abstimmung entsteht ein System, das Strom und Wärme effizient nutzt und die Abhängigkeit vom Netz minimiert.

Was bedeutet das für die Praxis?

• Mehrfamilienhäuser können bis zu 85 Prozent ihres Wärmebedarfs unabhängig decken – und das zu einem wettbewerbsfähigen Verhältnis von Kosten und Emissionen.
• Grössere Speichersysteme führen zu exponentiell höheren Kosten, wodurch PCM und Optimierung unerlässlich werden.
• Politische Rahmenbedingungen bleiben wichtig, um erneuerbare Heizsysteme gegenüber fossilen Alternativen zu stärken.