Behälter-Wärmespeicher

Der gängigste Typ für Ein- und Mehrfamilienhäuser sind Warmwassertanks als Schichtladespeicher, diese Technik kommt oft bei sogenannten Sonnenhäusern zum Einsatz. In Verbindung mit einer großen Sonnenkollektorenfläche können damit hohe solare Deckungsgrade erreicht werden. Diese Wassertanks können wegen ihrer Größe nur in Neubauten eingebaut werden, oder es werden Erdtanks außerhalb von Gebäuden verwendet. In kälteren Klimazonen haben Speicher innerhalb der Gebäudehülle den Vorteil, dass alle Wärmeverluste des Speichers dem Gebäude zugutekommen. Die Verluste lassen sich über den Wärmewiderstand des Speichers berechnen. Je nach Hausgröße, Rahmenbedingungen und Ziel haben die Speicher in Einfamilienhäusern etwa 10 bis 50 Kubikmeter und sind mit einer 20 bis 40 cm dicken Wärmedämmung isoliert. Wenn ein Gebäude eine größere Treppenanlage erhalten soll, kann der Langzeitspeicher oft ohne großen Flächenverlust im Treppenaufgang integriert werden.

Verhältnis von Volumen zu Oberfläche

Allgemein gilt für Körper (A/V-Verhältnis): Wenn man die drei Kantenlängen ${\displaystyle a}$, ${\displaystyle b}$ und ${\displaystyle c}$ eines Quaders jeweils verdoppelt, vervierfacht sich seine Fläche ${\displaystyle A}$ (allgemeinsprachlich: Oberfläche; also die Grenzfläche zwischen kalt und warm); sein Volumen ${\displaystyle V}$ aber verachtfacht sich. Große Körper haben deshalb eine (für Wärmespeicherung) günstigere Relation von Volumen zu Oberfläche:

${\displaystyle V_{1}=a\cdot b\cdot c}$    (beim Würfel: ${\displaystyle V_{1,{\text{W}}}=a\cdot a\cdot a}$)

${\displaystyle A_{1}=2\cdot a\cdot b+2\cdot b\cdot c+2\cdot a\cdot c}$    (Würfel: ${\displaystyle A_{1,{\text{W}}}=6\cdot a\cdot a}$)

${\displaystyle V_{2}=2a\cdot 2b\cdot 2c=2\cdot 2\cdot 2\cdot a\cdot b\cdot c=8\cdot a\cdot b\cdot c=8\cdot V_{1}}$

${\displaystyle A_{2}=2\cdot 2a\cdot 2b+2\cdot 2b\cdot 2c+2\cdot 2a\cdot 2c=4\cdot A_{1}}$

Das gilt auch für Zylinder: Wenn man seinen Durchmesser und seine Höhe verdoppelt, verachtfacht sich sein Volumen. Auch wenn man den Durchmesser einer Kugel verdoppelt, verachtfacht sich ihr Volumen. Eine Kugel hat das größte Verhältnis von Volumen zu Oberfläche aller geometrischen Körper.

Erdbecken-Wärmespeicher

Diese gibt es auch ohne nennenswerte Dämmung zum Untergrund, nur mit einer stabilen Folie abgedichtet. Entweder oben mit einer mehrstufigen schwimmenden Isolierung, wobei Regenwasser abgepumpt wird, oder er ist allseits mit Beton ummantelt. Die Beckenform kann ein umgekehrter Kegelstumpf, Pyramidenstumpf oder quaderförmig sein. Dieser eher größere Speichertyp kann je nach Größe komplette Solarsiedlungen mit Wärme versorgen. Sie werden entweder als Wasserspeicher oder als Kies-Wasserspeicher gebaut. Der Kies-Wasserspeicher hat bei gleichen Ausmaßen eine geringere Speicherkapazität, im Vergleich zu reinen Wasserspeichern, weil Wasser eine höhere Wärmekapazität hat als Kies. Der Temperaturaustausch erfolgt über integrierte Brunnensysteme bzw. indirekt über Wärmetauscher.

Erdsonden-Wärmespeicher

Dabei wird über Bohrlöcher der Untergrund, wie Gesteinsschichten oder Erdreich, erwärmt. Die Wärme kann je nach Bedarf über die Bohrlöcher mithilfe einer Wärmepumpe wieder zurückgewonnen werden. Die Bohrungen sind entweder senkrecht oder verlaufen schräg in die Tiefe. Nicht jeder Untergrund ist gleich gut dafür geeignet und es gibt auch völlig ungeeignete lokale Gegebenheiten.

Aquifer-Wärmespeicher

Unter günstigen hydrogeologischen Standortbedingungen kann ein sogenannter Aquifer, also ein Grundwasserleiter, zur Wärmespeicherung genutzt werden. Hierfür werden manchmal zwei Brunnen verwendet, die je nach Jahreszeit entweder Wärme oder Kälte liefern bzw. speichern. Diese beiden Brunnen sind dabei in einem bestimmten Abstand versetzt angeordnet.

Sandspeicher

Hierbei handelt es sich um mit Sand gefüllte Silos, die mittels Heißluftgebläsen auf 500–600 °C aufgeheizt werden können. Bevorzugt wird dafür Überschussenergie aus umliegenden Windkraftanlagen und Solarkraftwerken genutzt, sodass mit Sandspeichern auch Regelleistung zur Verfügung gestellt werden kann. Die gespeicherte Wärme wird in Wintermonaten in das Fernwärmenetz eingespeist, aufgrund der hohen Temperaturen sind aber auch Prozesswärmeanwendungen möglich. Die Energieeffizienz soll bei größeren Systemen bis zu 95 % betragen, dies wird durch das günstigere Verhältnis von Volumen zu Hüllfläche sowie eine Ladestrategie erreicht, bei der das System im Kern erhitzt wird, die Wärmeentnahme jedoch in den niedriger temperierten Randzonen stattfindet.

Weitere Typen

Alternativ kann man ein massives Fundament durch thermische Bauteilaktivierung als Speichermasse nutzen. Diese wird auf etwa 30 °C erwärmt.