Saisonaler Wärmespeicher in Cappel
- oder -
Sonnenenergieheizung für alle

Der durchschnittliche CO2 Fußabdruck in Deutschland beträgt 11 Tonnen pro Person (Quelle: CO2-Rechner des Umweltbundesamtes). Davon entfallen 2 Tonnen auf Heizen. Ich will hier zeigen, wie wir mit einer Sonnenenergieheizung und saisonalem Wärmespeicher uns gemeinsam schon mal von diesen 2 Tonnen befreien können.

übrigens dürfte im Sinne der Klimagerechtigkeit jede Person auf der Welt 1,3 Tonnen CO2 erzeugen, um das 2° Klimaziel zu erreichen [Quelle], zur Zeit sind es 4,8 Tonnen pro Person.

Aber keine Panik: Als vor 40 Jahren Schüler der Tvind Schule in Dänemark die erste Windkraftanlage bauten, wurden sie als Spinner und Utopisten abgetan. Heute sind solche Windräder eine der Grundlagen der CO2 freien Stromerzeugung. Nicht jede Spinnerei wird zum Erfolgsmodell. Die saisonale Wärmespeicherung wird, wiederum in Dänemark, bereits erfolgreich eingesetzt [Quelle]. Warum sie auch bei uns keine Utopie ist, will ich hier zeigen.

1. Einleitung

2. Technik

   1. Sonnenkollektoren

   2. Speicher

      1. Erdbecken Wärmespeicher

      2. Erdsonden Wärmespeicher

   3. Wärmepumpe

   4. Nahwärmenetz

3. Kosten und Wirtschaftlichkeit

   1. Speicher

   2. Sonnenkollektoren

   3. Wärmepumpen, Umwälzpumpen

   4. Grundstücke

   5. überwachung, Instandhaltung

   6. Nahwärmenetz

4. Gesellschaftliches und Soziales

   1. Akzeptanz

   2. Lage

   3. Unternehmerische Form

   4. Gebäudenutzung

   5. Flächennutzung

   6. Energie und Klimabilanz

5. Noch mehr Technik

   1. Berechnungen der Anlagen Leistung (Simulation)

   2. Szenarien

   3. Der Speicher

   4. Erdsondenspeicher

   5. Wärmepumpe und Strom

   6. Kälteversorgung

   7. Optimierungen

1. Einleitung
   Gas und ölheizungen stoßen CO2 aus. Sie können genau wie Verbrennungsmotoren in Zukunft nicht mehr betrieben werden. Wärmepumpen sollen an ihre Stelle treten. Für Neubauten mit Fußbodenheizung und Erdwärmepumpe ist das eine ganz gute Lösung, für bestehende Wohnungen und Häuser (Luft-Wärmepumpe, Heizkörper-Heizung mit hoher Vorlauftemperatur) ist es suboptimal.
   Viel sinnvoller wäre es, Sonnenenergie zum Heizen zu verwenden. Mit etwa 30m² Kollektorfläche pro Wohneinheit (mit einem Heizenergiebedarf von 15 MWh) könnte man genug Energie sammeln für das ganze Jahr. Nur können wir die Energie nicht vom Sommer in den Winter retten.
   In Dänemark gibt es schon viele Energiespeicher, die die Sonnenwärme des Sommers für den Winter speichern. Nicht für Einzelhäuser sondern für ganze Siedlungen. Die heißen „saisonale Wärmespeicher“ [Link]. Das sind sehr große Erdbecken-Wärmespeicher. Aufgewärmt werden sie von vielen Sonnenkollektoren. Die Wärme wird über ein Nahwärmenetz in die Häuser und Wohnungen verteilt, für Heizung und warmes Wasser.
   Das klingt utopisch, aber genauer betrachtet wäre es auch in unserer Siedlung durchaus realisierbar. Und diese genauere Betrachtung soll hier folgen:

2. Technik
   Wir brauchen also ein Grundstück, auf das ein (sehr großes und gut isoliertes) Erdbecken gebaut wird. Wenn möglich daneben oder darunter noch ein Erdsonden Speicher. Darüber kommen viele Sonnenkollektoren und einiges an Technik. Und in den Straßen wird ein Nahwärmenetz verlegt (Nahwärme und Fernwärme sind eigentlich das selbe). über die Größenordnungen für verschiedene Szenarien weiter hinten)

   1. Sonnenkollektoren
      Sonnenkollektoren werden typischerweise auf Dächern montiert. Wasser fließt durch die Kollektoren und wird dabei durch die Sonne erwärmt. Es ist eine schon lange etablierte Technik. Z.B. Wagner Solar in Kirchhain stellen, neben vielen anderen Herstellern, solche Kollektoren her. Sonnenkollektoren sind nicht mit Photovoltaik Modulen zu verwechseln: erstere erwärmen Wasser, letztere erzeugen Strom und sind wesentlich teurer.
      Sonnenkollektoren können auch frei aufgestellt werden. Sie werden dann schräg ausgerichtet, so dass die Sonne möglichst senkrecht darauf scheint. Wenn hier von Quadratmetern Kollektorfläche die Rede ist, dann ist immer die Grundfläche gemeint, die echte Kollektorfläche ist etwa ein Drittel weniger.

   2. Speicher
      Der saisonale Speicher ist das Herzstück der Anlage. Es gibt verschiedene Arten solcher Speicher. Für ein solch großes Projekt kommt eigentlich nur der Erdbecken Wärmespeicher in Frage, ggf. ergänzt durch einen Erdsonden Wärmespeicher.

      1. Erdbecken Wärmespeicher
         Der Erdbecken Wärmespeicher wird in die Erde eingelassen und hat meist eine zylindrische oder leicht konische Form. Für ca. 1000m³ hätte der Speicher einen Durchmesser von 15m und eine Tiefe von 6m. Außen herum wird er isoliert, damit er seine Wärme lange halten kann. Je größer der Speicher ist, umso besser hält er seine Wärme, und umso mehr Energie kann er aufnehmen. Er kann mit Wasser oder mit einem Gemisch aus Kies und Wasser gefüllt werden. Letzteres kann weniger Energie speichern, ist dafür aber leichter abzudecken. Das Wasser, welches durch die Kollektoren fließt, fließt auch durch einen Wärmetauscher im Speicher und heizt ihn damit auf. Ein weiterer Wärmetauscher dient zum Entnehmen der Wärme und Einspeisen in das Nahwärmenetz.

      2. Erdsonden Wärmespeicher
         Der Erdsonden Wärmespeicher benutzt die Erde oder das Gestein in bis zu 100m Tiefe zum Speichern der Wärme. Dazu werden mehrere bis zu 100m tiefe Löcher in die Erde gebohrt (etwa 15cm Durchmesser im Abstand von etwa 3m). In jedes Loch kommen zwei Schläuche, die ganz unten mit einem U-Stück verbunden sind. Dann wird das Loch mit Beton gefüllt. Durch diese Schlauchverbindung läuft das warme Wasser aus den Kollektoren und heizt die Erde auf. Wenn man die Wärme wieder braucht, lässt man kaltes Wasser durch die Schläuche laufen, welches dann durch die gespeicherte Wärme wieder erwärmt wird. Die Erde ist natürlich nach unten und außen nicht gegen die umgebende Erde isoliert und verliert deshalb die gespeicherte Wärme an die umgebende Erde, die Wärmeverluste sind viel größer als beim gut isolierten Erdbecken Speicher. Aber man kann trotzdem relativ viel Wärme über einen längeren Zeitraum speichern. Man kann auch leicht viel größere Volumina erreichen und die Baukosten sind wesentlich geringer als beim Erdbecken Wärmespeicher. Und der Boden darüber kann fast beliebig verwendet werden.

   3. Wärmepumpe
      Mit dem Nahwärmenetz wird die Wärme zu den Abnehmern transportiert. Das Wasser darin muss eine gewisse Temperatur haben, die Vorlauftemperatur. Und da nicht alle Abnehmer eine Fußbodenheizung haben, braucht man schon Temperaturen so zwischen 60° und 80°. Was tun, wenn das Wasser im Speicher aber nur noch 30° hat? Dazu braucht man eine Wärmepumpe. Sie entzieht dem Speicher Wärmeenergie, kühlt ihn dabei im Beispiel von 30° langsam weiter ab, während sie auf der anderen Seite das zurücklaufende Wasser im Wärmenetz von sagen wir 40° auf 70° aufheizt. Dann sind wir also doch wieder bei einer Wärmepumpe angelangt, die wir doch eigentlich vermeiden wollten. Ja, aber mit einem wesentlichen Unterschied: Die Hauswärmepumpe hat auf der kalten Seite vielleicht 10° aus der Erde oder im Winter frostige Minusgrade aus der Luft. Unsere Wärmepumpe hier hat auf der kalten Seite vorgewärmtes Wasser aus dem Speicher oder der aufgewärmten Erde. Und das macht sie viel effizienter.

   4. Nahwärmenetz
      Die gespeicherte und ggf. von der Wärmepumpe auf das richtige Niveau „gepumpte“ Wärme muss schließlich zum Verbraucher, in die Häuser und Wohnungen. Dazu dient das Nahwärmenetz. Es sind in der Straße verlegte, gut isolierte Leitungen, ein Vorlauf und ein Rücklauf, die im Haus an der Wärmeübergabestation enden. Diese Wärmeübergabestation ersetzt die bisherige Heizung. Solche Nahwärmenetze wurden schon in einigen Gemeinden im Landkreis gebaut. Z.B. Bioenergiedorf Oberrosphe e.G., Bioenergiegenossenschaft Kleinseelheim, Nahwärme-Schönstadt e.G., Bioenergiegenossenschaft Mengsberg e.G.

3. Kosten und Wirtschaftlichkeit
   Das ist für mich das schwierigste Kapitel, da ich letztlich auf schwer überprüfbare Zahlen zurückgreifen muss. Andererseits ist der Preis pro kWh Wärme für viele Verbraucher das entscheidende Kriterium, ob sie bei einem solchen Projekt mitmachen

   1. Speicher
      In dem Buch „Wirtschaftliche Umsetzbarkeit saisonaler Wärmespeicher“ von Martin Schmuck beziffert der Autor die Bauwerkskosten für einen 2.500 m³ Speicher auf 465.000 €, für einen Speicher von 20.000 m³ auf 2,3 Mio. €. Letztlich ist dieser Preis sicherlich nur eine grobe Schätzung und hängt auch von den lokalen Gegebenheiten ab.
      Für einen Erdsonden Wärmespeicher finde ich Preise von 70-100 € pro Meter, also auf 1000 m² Fläche bräuchte man etwa 100 Bohrungen, jede Bohrung 50 m tief, das wären 350.000 bis 500.000 € (und das wäre ein großer Speicher).

   2. Sonnenkollektoren
      Flachkollektoren kosten etwa 250 € pro m² . Dazu kommt noch die Montage, für die so keine Preise zu finden sind

   3. Wärmepumpen, Umwälzpumpen
      Preise für industrielle Großwärmepumpen, die auch hohe Temperaturen erzeugen können, stehen nicht im Internet. Es gibt sie serienmäßig, z.B. „VITOCAL 350-HT PRO“ von Viessmann würde von den Leistungsdaten durchaus für eine größere Anlage genügen, es gibt viele Hersteller, die meist individuelle Lösungen bieten

   4. Grundstücke
      keine Ahnung.

   5. überwachung, Instandhaltung
      auch keine Ahnung.

   6. Nahwärmenetz
      „Erfahrungsgemäß muss bei mittleren Wärmenetzen mit Kosten zwischen 200 und 400 € je verlegtem Trassenmeter gerechnet werden.“ [Quelle]. Dazu kommen noch die Anschlüsse für die Häuser. Die Bioenergiegenossenschaft Mengsberg verlangt z.B. 4000 € für einen Genossenschaftsanteil, der einen Hausanschluss beinhaltet.

4. Gesellschaftliches und Soziales
   Es ist sehr wichtig, wie ein solches Projekt von den Anwohnern akzeptiert wird. Eine Spaltung der Bevölkerung, wie sie oft beim Bau von Windkraftanlagen entsteht, muss unbedingt vermieden werden.

   1. Akzeptanz
      Natürlich kann man versuchen, die Anwohner von den Vorteilen eines solchen Projektes zu überzeugen. Da sind oft die wichtigsten Argumente der Preis für das Heizen und die Beeinträchtigung durch das Aufreißen der Straße. Sicherlich auch der Natur und Landschaftsverbrauch. änderungen am Bestehenden begegnen viele mit Skepsis.
      Begeisterung wecken ist vielleicht der bessere Weg: wir können aktiv unseren CO2 Ausstoß erheblich verringern, wir können ein Vorzeigeprojekt auf die Beine stellen, wir können Teil einer Gemeinschaft sein beim Nutzen des Geländes (siehe nächste Punkte).

   2. Lage
      Wo soll die Anlage gebaut werden?
      Ich besitze natürlich keine Grundstücke hier in Cappel (nur das, wo unser Haus drauf steht) und kann auch über keine Grundstücke verfügen. Und ich möchte niemanden verschrecken. Vielmehr möchte ich Mitbürger begeistern für die Idee des klimaneutralen Nahwärmesystems. Und vielleicht ist da ja auch ein Grundstücksbesitzer dabei. Ich habe mal in einen Ausschnitt von Google Maps genommen und freie Flächen eingezeichnet.

      1. A und B sind Baulücken und ca. 3000 m² bzw. 2000 m² groß. Es ist natürlich nicht sehr sinnvoll, Flächen, die als Baugrundstück im Bebauungsplan ausgewiesen sind, für die Solarheizung zu verwenden. Andererseits sind diese beiden Flächen seit mehr als 20 Jahren Bauplätze und werden nicht bebaut. Und von ihrer Größe würden sie schon eine respektable Kapazität bieten. Mit 3000 m² Fläche für Sonnenkollektoren würde man etwa 1800 MWh Wärme pro Jahr erzeugen und könnte bei 15 MWh/a pro Einfamilienhaus gut 100 Häuser heizen

      2. C ist der Parkplatz am Friedhof, und mit knapp 1500 m² vielleicht etwas klein. Andererseits könnte der Speicher unter dem Parkplatz verschwinden und die Kollektoren über dem Parkplatz angebracht werden, so dass es als Parkplatz bestehen bleiben könnte. Ein Teil allerdings würde für die Technik gebraucht.

      3. D ist ein wenig genutzte Stück Waldrand, was allerdings wegen des Waldes die Morgensonne nicht abbekommt. Wenn man neben dem Heizkreislauf des Nahwärmesystems noch einen Sammelkreislauf in der Straße verlegt, dann können die Sonnenkollektoren im ganzen Gebiet verteilt sein, sogar jedes Haus könnte mit Kollektoren einen Beitrag beisteuern. Einige Häuser haben da noch großes Potential: der schöne bogenförmige Bau Ecke Odenwaldstr./Moischter Str. oder die 5 großen Häuser an der Moischter Str. gegenüber.

      4. E: die Busstraße zwischen Sohlgraben und Odenwaldstr. Sie wird ja nur vom Bus befahren, man könnte sie einhausen und mit Sonnenkollektoren decken. Das würde kaum auffallen und einen schönen Beitrag liefern. Und das Streuen im Winter könnte auch entfallen.

      5. F: Zwischen Moischter Straße und Friedhof ist auf 500m Länge ein (schön bewachsener) Straßengraben Der hat die perfekte Ausrichtung und Neigung nach Süden. Man könnte dort ca. 1500 m² Kollektoren unterbringen.

      6. G: Das Feld und die Wiese zwischen Moischter Straße und Eselsgrund. Das wäre natürlich die super-mega-Lösung: In der Summe sind das fast 40.000 m². Ich weiß, in der Mitte ist eine wunderschöne Blumenwiese, die jedes Jahr mit neuen überraschungen daherkommt. Jedes Stück Natur, das für andere Zwecke verwendet wird, ist ein Verlust. Man braucht natürlich nicht die ganze Fläche, hätte aber das Potential zum Erweitern, wenn die Anforderungen steigen.

   3. Unternehmerische Form
      In vielen Dörfern haben sich Genossenschaften gebildet, die ein Nahwärmenetz und die Wärmeerzeugungs-Anlagen betreiben. Das ist sicherlich ein gutes Konzept, ich bin mir nur nicht sicher, ob dieses Projekt nicht eine Nummer zu groß ist.
      Die Alternative wäre, die Stadtwerke würden es in die Hand nehmen. Vielleicht sind auch Mischformen denkbar.

   4. Gebäudenutzung
      Auf dem Gelände wird es neben den Sonnenkollektoren auch ein Gebäude geben, welches die Technik enthält. Vielleicht könnte es zusätzliche Räume geben, die als Nachbarschafts-Café oder für Leichenschmaus oder Beerdigungskaffee genutzt werden können (der Friedhof ist nicht weit und es gibt keine solchen Räumlichkeiten in der Nähe). Sehr witzig wäre auch eine Sauna, in der man die gesammelte Wärme körperlich erfahren kann (plus Wärmepumpe). Wichtig wäre nur, dass die Nutzung auch im Zusammenhang mit den hier wohnenden Mietern oder Hausbesitzern steht.

   5. Flächennutzung
      Unter den Kollektoren könnten Stellplätze für Autos entstehen: ein Carsharing Stellplatz, eine Ladestation für E-Autos, Stellplätze für Anwohner, mit denen man sich von der Pflicht einen Stellplatz auf dem eigenen Grundstück einzurichten befreien kann (Entsprechendes Autokonzept für die Siedlung vorausgesetzt).
      Hühnerhaltung unter den Kollektoren. Der Biolandhof Freudenthal hält seine Hühner unter einer Photovoltaik Anlage. Da wachsen immer noch Kräuter, Hühner können sich vor Raubvögeln unter den Modulen verstecken und es gibt keine Probleme mit dem Bewuchs.

   6. Energie und Klimabilanz
      Für alle Formen der regenerativen Energie benötigt man Flächen. Jede Form hat ihre Vor- und Nachteile:
      Biogas: für Biogas braucht man Anbaufläche. Damit kommt man auf etwa 15.000 kWh elektrisch pro Jahr und Hektar [Quelle], das sind 1,5 kWh pro Jahr und m². Vorteil ist aber, dass Biogas leicht gespeichert werden kann, und dass mit einem Blockheizkraftwerk Wärme und Strom gleichzeitig erzeugt werden kann.
      Photovoltaik: liefert knapp 200 kWh elektrisch pro m² und Jahr, also wesentlich mehr als Biogas. Strom ist allerdings schwierig zu speichern, wird also meist sofort verbraucht.
      Solarthermie (Sonnenkollektoren): etwa 3 Mal soviel wie Photovoltaik, also ca. 600 kWh pro m² und Jahr. Allerdings handelt es sich um Wärme und nicht um Strom.
      Windkraftanlage: 1625 kWh elektrisch pro m² und Jahr. Ich habe da einfach die Zahlen von Niedernhausen genommen, wo ein großes Windrad auf 0,4 ha im Jahr 6,5 Mio. kWh liefert. Natürlich ist die Aufstellplatz nicht alles was ein Windrad braucht. Die Energie kommt ja auch vom Wind, der durch Sonneneinstrahlung auf riesigen Flächen entsteht. Gut 10000 m² Sonnenkollektoren erzeugen also genauso viel Energie, wie ein Windrad von 150 m Nabenhöhe und gut 50 m langen Rotorblättern. Und in unserer Anlage können wir die Energie vom Sommer in den Winter retten, während der Windstrom nur schwierig oder mit Verlusten dauerhaft speicherbar ist. Auf der großen Fläche könnten wir also locker die Energie von ein oder zwei Windrädern erzeugen, mehr als wir brauchen.
      
      Wärme ist die niederwertigste Form der Energie. Strom und Gas sind wertvoller, da sie vielfältig einsetzbar und leicht zu transportieren sind. Aber, wenn man Wärme braucht, ist Wärme, die in der Nähe der Verbraucher entsteht, genau das Richtige.

5. Noch mehr Technik
   Dieses Kapitel ist sehr technisch und ist eher für Technik Interessierte gedacht. Es geht darum, wie genau eine solare Wärmeversorgung mit saisonalem Speicher gebaut werden kann, wo die Fallstricke liegen und welche Optionen es gibt. Ich bin da zwar kein Fachmann, habe mich aber ausführlich mit vielen verschiedenen Aspekten des Themas beschäftigt.

   1. Berechnungen der Anlagen Leistung (Simulation)
      Um abschätzen zu können, wie groß ein Speicher und wie groß die Kollektorfelder sein müssen um eine bestimmte Anzahl von Wohneinheiten zu versorgen, habe ich eine Simulation programmiert, die das Verhalten einer solchen Anlage simuliert. Dabei bin ich umgekehrt vorgegangen: bei gegebener Kollektorfläche und Speichergröße wird das Verhalten der Anlage simuliert, und man sieht als Ergebnis, wie viel Energie dabei erzeugt wird. Es gibt außer Speichergröße und Kollektorfläche noch mehrere andere Parameter, die eine solche Anlage bestimmen.
      Zunächst bestimmt die Oberfläche und Stärke der Dämmung den Temperaturverlust des Speichers. Die Umgebungstemperatur wird fest mit 10° angenommen (in der Erde), die Temperaturschichtung im Speicher wird auch berücksichtigt (kann spezifiziert werden). Das ist noch recht einfach.
      Dann wird der tägliche Ertrag der Kollektoren bestimmt, prozentual auf die Monate aufgeteilt: Jan 2%, Feb. 3%, März 7%, Apr. 11%, Mai 15%, Juni 15%, Juli 15%, Aug 14%, Sept. 9%, Okt. 5%, Nov. 2%, Dez. 2% . Der Wirkungsgrad der Kollektoren kann eingestellt werden. 50% bis 60% sind typische Werte. Genau genommen hängt der Wirkungsgrad von der Zulauftemperatur ab, ist bei geladenem Speicher also niedriger als bei ungeladenem. Das habe ich in der Simulation nicht berücksichtigt. Eine Maximaltemperatur für den Speicher kann auch vorgegeben werden, bei überschreiten schalten die Kollektoren ab (gewöhnlich 90°). Die Kollektoren bewirken also eine Temperaturzunahme des Speichers.
      Der 3, Schritt ist die Entnahme der Energie aus dem Speicher. Die Energieeinspeisung ins Nahwärmenetz kann man eingeben. Sie wird wie folgt über die Monate verteilt: Jan: 16.1%, Feb.: 13%, März: 12.5%, Apr: 8.1%, Mai: 3.5%, Juni: 2.2%, Juli: 1.7%, Aug: 1.6%, Sept: 5.2%, Okt.: 8.4%, Nov.: 12.2%, Dez.: 15.5%. Auch hier wird linear zwischen den Monatsmitten interpoliert. Zu einer (einstellbar) gegebenen Vorlauftemperatur im Nahwärmenetz wird, wenn die Speichertemperatur über der Vorlauftemperatur liegt, einfach die Energiemenge aus dem Speicher entfernt. Wenn die Speichertemperatur die Vorlauftemperatur unterschreitet, kommt die Wärmepumpe ins Spiel. Sie pumpt die Temperatur auf das gewünschte Niveau, und entfernt dabei etwas weniger Energie aus dem Speicher, da sie ja einen Teil der Energie elektrisch bezieht. Wobei der Wirkungsgrad (COP) vom Temperaturhub abhängt. Hierzu habe ich noch keine guten Werte gefunden. Ich habe folgende Werte verwendet: COP ist 2 für 60° Temperaturdifferenz, 4 für 40° und 6 für 20°, dazwischen linear interpoliert. Das sind typische Werte, vielleicht finde ich noch etwas besseres. Somit nimmt also die Speichertemperatur etwas weniger ab, wenn die Wärmepumpe läuft.
      Die Simulation läuft in Tagesschritten, das ist sicherlich ausreichend. Du kannst selbst diese Simulation ausprobieren, entweder einen der 3 Standard-Szenarien wählen, oder beliebige Werte für die Parameter eingeben. Hier geht’s zur Simulation.

   2. Szenarien
      Ich habe 3 Szenarien ausgewählt, die sich im Wesentlichen durch die Kollektorfläche und die Speichergröße unterscheiden.
      Szenario 1: die kleine Version: Speichergröße 1500m³, Kollektorfläche 400 m², das würde für 18 Wohneinheiten a 15 MWh Jahresverbrauch reichen
      Szenario 2: 6000 m³ Speicher und 2000 m² Kollektorfläche, Hier sieht man, dass Ende August zu viel solare Wärme geliefert wird, der Speicher ist bei seinem Maximum von 90° angekommen und schaltet immer wieder ab. 91,85 MWh Wärme gehen deshalb verloren. Es würde für 92 Wohneinheiten reichen.
      Szenario 3: 15000 m³ Speicher und 4000 m² Kollektorfläche: hier könnten wir bei optimaler Auslegung über 180 Wohneinheiten mit Wärme versorgen!

   3. Der Speicher
      Das zentrale Bauwerk der Anlage.
      Mit der Größe des Speichers (und des Kollektorfeldes) wird die Energiemenge (Anzahl der MWh) festgelegt, die pro Jahr in das Nahwärmesystem eingespeist werden kann. Im Gegensatz zum Kollektorfeld kann man ihn nachträglich nicht erweitern. Das Kollektorfeld und ggf. ein Erdsondenspeicher, der sowieso am besten unter den Kollektoren liegt, können dagegen einfach erweitert werden, sofern noch Fläche verfügbar ist. Der Speicher dagegen ist fix, einen zweiten Speicher zu bauen würde den Skalierungseffekt (größerer Speicher, weniger Wärmeverlust) nicht nutzen.
      Da der Platz immer knapp ist, sollte der Speicher einen begehbaren Deckel haben, auch Kollektoren sollten dort stehen können. Eine schwimmende Abdeckung kann meist nicht verwendet werden.
      Der Speicher sollte gut isoliert sein, damit man die Wärme bis zum Ende der Heizperiode halten kann.
      Die Schichtung: Das Wasser am Speicherboden ist kälter als am oberen Rand. Diese Schichtung sollte erhalten bleiben, solange oben noch nicht die Maximaltemperatur erreicht ist. Manchmal zieht man horizontale Planen ein, um die Konvektion, das Aufsteigen des warmen Wassers, zu bremsen. Der Grund: das in den Kollektoren aufgeheizte Wasser gibt seine Wärme von oben nach unten im Speicher ab. Wenn es den Speicher unten wieder verlässt, sollte es viel kälter sein, als beim Eintreten am oberen Rand. So arbeiten die Kollektoren mit eine höheren Wirkungsgrad.
      Meist gibt es noch einen Pufferspeicher, der den eigentlichen Nahwärmekreislauf bedient. Der kann mit Wärmetauscher und/oder Wärmepumpe auf einem höheren Temperaturniveau gehalten werden.

   4. Erdsondenspeicher
      Diese sind bezogen auf die Speichermenge wesentlich billiger. Jedoch halten sie die Wärme nicht so gut und auch nicht auf dem hohen Temperaturniveau. Damit braucht man mehr Leistung von der Wärmepumpe. Andererseits können sie die Effizienz der Kollektoren erhöhen, da der Rücklauf vom Speicher in die Kollektoren noch den Umweg über den Erdsondenspeicher nehmen kann, und damit wesentlich weiter runter gekühlt wird. Auch haben die Erdsondenspeicher eine natürliche Schichtung (horizontal, Zylinderschalen), die sehr stabil ist, da sie nicht durch Konvektion gestört wird.

   5. Wärmepumpe und Strom.
      Strom ist manchmal sehr günstig oder sogar kostenlos zu haben (entsprechender Anschluss und Einrichtung vorausgesetzt). Dann sollten die Wärmepumpen laufen und Energie vom Erdsondenspeicher in den großen Erdbeckenspeicher pumpen (also dort die Temperatur der oberen Schicht erhöhen, vor allem von November bis April, wo keine große Aufladung durch die Kollektoren zu erwarten ist). Zu anderen Zeiten könnte sie auch der Verbindung Speicher unten – Kollektor Eingang Temperatur entziehen (und in den Speicher einspeisen) um den Wirkungsgrad der Kollektoren zu erhöhen. Oder den oft sehr gut isolierten Pufferspeicher auf hohe Temperatur bringen.
      Es klingt ja ein bisschen unsozial: wir nehmen den Strom, wenn er (fast) nichts kostet, der teure Strom bleibt für die anderen. Aber so ist es nicht: Wenn wir den Strom dann nehmen, wenn er im überfluss da ist, dann können wir im Gegenzug unseren Verbrauch senken, wenn der Strom knapp ist, und damit ist allen gedient. Man nennt es auch Netzstabilisierung. Auch die große saisonale Anlage in Marstal in Dänemark geht so mit dem Strom um.
      Das System hat einen Strom Grundverbrauch, nämlich die Zirkulationspumpen im Nahwärme-System und die Zirkulationspumpen für die Kollektoren, die immer oder immer tagsüber laufen. Diesen Grundverbrauch, der oft bei Sonnenschein hoch ist, kann man gut mit Photovoltaik abdecken. Photovoltaik, die immer für den Eigenbedarf ausgelastet ist, müsste sich eigentlich sicher rechnen. Die Fläche geht natürlich für die Kollektoren verloren. Spezial Kollektoren, die Wärme und Strom produzieren gibt es, sind aber vermutlich zu teuer.

   6. Kälteversorgung
      Das ist ein Extra, was möglicherweise über das Ziel hinausschießt: Wenn schon mal die Straße aufgerissen wird, kann man neben dem Wärmenetz auch ein Kältenetz verlegen. Die Anlage liefert etwa 5° kaltes Wasser, welches in einzelnen Räumen der angeschlossenen Häuser zum Kühlen verwendet wird. Man nennt so etwas auch Kaltwassersatz und es ist der Standard zum Kühlen von großen Bürogebäuden oder Industrieanlagen. In der Heizzentrale läuft eine Wärmepumpe, die mit ihrer kalten Seite den Kältekreislauf kühlt und mit der warmen Seite den Speicher heizt. Das arbeitet auf jeden Fall effektiver als eine private Klimaanlage, da neben der Kälte auch die Wärme (für den Winter) genutzt wird. In Zukunft wird das vielleicht interessanter. Da der Kältebedarf oft mit sonnigen Zeiten zusammenfällt, könnte hier auch wieder die Photovoltaik zum Einsatz kommen.

   7. Optimierungen
      Mit Erdsondenspeicher und Strom mit wechselnden Preisen wird das System ziemlich komplex. Abhängig von den Temperaturen im Pufferspeicher, Erdbecken-Speicher und Erdsondenspeicher, dem Datum, dem Strompreis, der Strompreisvorhersage, der zu erwartenden Wärmenachfrage, der aktuellen und zu erwartenden Sonneneinstrahlung und noch anderer Parameter muss entschieden werden, durch welche Speicher und mit welchem Durchfluss die Kollektoren betrieben werden sollen, ob und wie die Wärmepumpe aktiv werden soll.
      Z.B es ist November, der Strompreis ist gering, der Speicher noch zu 70% voll, wenig Sonne, erwarteter Wärmebedarf 11 MWh, Erdsondenspeicher noch 80%: dann lass die Wärmepumpe Energie aus dem Erdsondenspeicher in den Speicher, unterer Wärmetauscher, pumpen, denn es ist nicht zu erwarten, dass die Kollektoren viel liefern, die Schichtung im Speicher kann jetzt ruhig gestört werden, die Wärme im Erdsondenspeicher schwindet schnell, was man jetzt retten kann, geht nicht verloren.
      Oder: Es ist April, die Speicher sind leer aber die Sonne scheint: dann ab mit der Kollektorwärme direkt in den kleinen Pufferspeicher, so können wir uns ohne Wärmepumpe über den Tag retten. Im großen Speicher würde die Sonnenwärme jetzt nicht viel verändern.
      Man kann sich vorstellen, dass man da schnell ein paar Dutzend Regeln aufstellen kann, die man auch jedes Jahr wieder verbessern kann und so das System effizienter macht.