In dieser Note möchten wir die Ansicht verschiedener Expert:innen über die positive Rolle von Kalte Speicher in Verbindung mit PVT Systeme aufgreifen (siehe Note "Speicher und kalte Netze") und mit erste Ergebnisse aus aus unsere Modelle näher beleuchten.

Der Einsatz eines Kältespeichers ermöglicht es, den Betrieb von Wärmepumpe und PVT-System vom aktuellen Bedarf zu entkoppeln. Dadurch kann die Wärmepumpe über längere Zeiträume unter optimalen Bedingungen betrieben werden, insbesondere bei höheren Quellentemperaturen, was zu höheren COP-Werten führt. In dieser Hinsicht übernehmen Kältespeicher innerhalb des Systems eine ähnliche Funktion wie Wärmespeicher.

Kältespeicher weisen jedoch zwei wesentliche Besonderheiten auf:

• Sie arbeiten bei niedrigeren Temperaturen als Wärmespeicher, wodurch ihre thermischen Verluste geringer sind
• Gleichzeitig sind die Temperaturspreizungen kleiner, was zu einer geringeren Energiedichte führt. Dadurch werden größere Speichervolumina für die gleiche Kapazität erforderlich.

Ergebnisse aus unsere Simulationen

Im Folgenden zeigen wir die Ergebnisse einer Sensitivitätsanalyse zur Nutzung von Kälte und Wärmespeicher und dessen Einfluss auf die jährliche Systemeffizienz.

Für unsere Simulationen haben wir eines Mehrfamilienhauses (MFH) mit Wärmepumpe und PVT Fläche sowie unterschiedliche Speichergrößen untersucht. Als Beispielgebäude dient das System für 2 Gebäude im ENaQ Projekt, mit einem jährlichen Raumheizbedarf von 35921 kWh/a sowie Trinkwarmwasserbedarf von 73081 kWh/a. Weitere Details zur Gebäudelasten sowie Ergebnisse von erste Simulationen mit einem Basis Wärmespeicher von 4000l können sind hier zu finden.

Der Kältespeicher arbeitet in einem Temperaturbereich zwischen 1 und 20 °C und speichert somit ausschließlich fühlbare Wärme. Abbildung 1 zeigt die Veränderung der jährlichen System-COP-Werte für unterschiedliche Größen von Wärme- und Kältespeichern im System. Dabei wird deutlich, dass eine Vergrößerung des Kältespeichers grundsätzlich vorteilhaft ist: Trotz der geringen nutzbaren Temperaturspreizung führt sie zu ähnlich starken Leistungssteigerungen wie eine Vergrößerung des Wärmespeichers.

Für Systeme mit Standardlasten (in der Abbildung als „hohe Lasten“ bezeichnet) bewirkt jede zusätzliche Kältespeicherkapazität eine Erhöhung der Systemleistung, die allerdings leicht unter jener liegt, die durch eine vergleichbare Vergrößerung des Wärmespeichers erreicht wird.

Werden die Lasten auf ein Drittel der ursprünglichen Werte reduziert (in der Abbildung als „reduzierte Lasten“ dargestellt), fällt der Leistungszuwachs durch größere Speichervolumina deutlich stärker aus. In diesem Fall erweist sich die Erweiterung des Kältespeichers sogar als vorteilhafter als zusätzlicher Speicher bei höheren Temperaturen.

Diese Ergebnisse zeigen:

• Speicher können ein wirksames (und vergleichsweise einfach umsetzbares) Mittel zur Steigerung der Systemeffizienz sein.
• Gößere spezifische Speichervolumnia (bezogen auf die Energiebedarfe) als heute üblich könnten zu deutlich höhere Effizienzgewinnen führen.

Speichertechnologien sind ausgereift und in der Regel nicht besonders kostenintensiv. Allerdings benötigen sie Platz und eine geeignete Regelung. Die entscheidende, bislang offene Frage lautet daher: Zahlen sich größere Speicher tatsächlich aus?

Bild 1. Werte der Jährliche Systemeffizienz (als COP in der farbliche Skala) für verschiedene Wärme- und Kältespeichervolumina im Falle von Standardlasten (a. high demands) oder reduzierte Wärmebedarfe (ie. höhere spezifische Speichervolumina, b. Reduced Demands).