Rechner 1 v36 · Thermischer Speicher & Batterieäquivalent

Methodikdokumentation des neuen Speicherblocks im Wand-/Fassadenrechner. Ziel ist nicht eine einmalige Marketingzahl, sondern eine reproduzierbare Kenngröße dafür, wie stark die vorhandene Wandmasse im zeitabhängigen Betrieb als thermischer Speicher genutzt wird und welcher nutzbaren elektrischen Batteriekapazität derselbe Energiepuffer entspricht.

Stand: 04.10.2026 · Basis: Wand-Energiebilanz MASTER v35 + Speichererweiterung v36 · Wetterbasis Bielefeld PVGIS-TMY · 8760 h

Freigegebener Rechenbereich: Der freigegebene Anwendungsbereich des Rechners beginnt bei einer Wanddicke von 24 cm. Dünnere Wandquerschnitte sind mit der verwendeten 10-Minuten-Zeitdiskretisierung nicht Bestandteil des freigegebenen Rechenbereichs.

1 · Systemgrenze

Bezugsgröße ist immer 1 m² Wandfläche. Die Ausgabe in kWh/m² kann deshalb direkt zwischen Orientierung, Wanddicke, Material und Betriebsstrategie verglichen werden.

Der Rechner führt drei Wandvarianten auf derselben Wetterachse parallel: massive Referenzwand, dieselbe Wand mit statischer Außendämmung und dieselbe Wand mit adaptiver Fassade. Die Wand selbst wird instationär über ihre Dicke gerechnet; Wetterdaten liegen stündlich vor, die Wärmeleitung wird intern mit 10-Minuten-Schritten fortgeschrieben.

2 · Eingaben, die den Speicher beeinflussen

Gruppe	Parameter	Wirkung
Geometrie	Wanddicke	Bestimmt Masse und Wärmeweg.
Material	λ, ρ, c	λ bestimmt Wärmeleitung; ρ·c bestimmt sensible Speicherkapazität.
Klima	PVGIS-TMY / synthetisch	Außentemperatur, Wind, direkte/diffuse Solarstrahlung, langwellige Himmelsstrahlung.
Ausrichtung	N, O, S, W sowie Zwischenrichtungen	Ändert Einstrahlung auf die vertikale Fassade.
Außenhaut	Glas, Stegplatte, PV opak, PV semitransparent/bifazial	Ändert optischen und thermischen Energiepfad.
FVS	offen/geschlossen, U-Werte, Regelreserve	Steuert, wann Solarzugang oder Wärmeschutz aktiv ist.

3 · Energieinhalt der Wand

Für jede numerische Wandschicht wird der sensible Energieinhalt aus Masse, Wärmekapazität und momentaner Schichttemperatur gebildet. Pro Quadratmeter Wandfläche gilt:

E_wall(t) = Σ [ ρ · c · Δx · T_i(t) ] / 3.6·10⁶ [kWh/m²]

Die absolute Nullreferenz der Temperatur ist für die Speicherhub-Betrachtung unerheblich, weil ausschließlich Differenzen desselben Wandaufbaus ausgewertet werden.

4 · Standarddefinition: zusätzlicher Speicher durch adaptive Betriebsweise

Standardmäßig wird nicht der gesamte Energieinhalt der Wand als „neuer Speicher“ gezählt. Verglichen werden dieselbe Wandmasse hinter adaptiver und statischer Außendämmung:

E_extra(t) = E_adaptiv(t) − E_statisch(t)

Damit wird der Teil der zeitabhängigen Wandenergie herausgelöst, der durch die adaptive Betriebsweise zusätzlich entsteht. Alternativ kann im Rechner der gesamte Wand-Speicherhub der adaptiven Wand betrachtet werden.

5 · Tageshub

Für jeden Kalendertag wird die Spannweite des Speicherzustands bestimmt:

Hub_Tag = max(E_state) − min(E_state) [kWh/m²]

Der Tageshub ist die nutzbare Energiemenge, die innerhalb dieses Tages zeitlich gepuffert wird. Er ist deshalb die zentrale Größe für den Vergleich mit einer Batterie, die denselben Energiepuffer bereitstellen soll.

6 · Statistik über den Analysezeitraum

Kennwert	Bedeutung
Mittel	arithmetischer Mittelwert aller Tageshübe.
P50	50 % der Tage besitzen einen kleineren oder gleichen Tageshub.
P90	Kapazität, die 90 % der modellierten Tageshübe abdeckt.
P95	Kapazität, die 95 % der modellierten Tageshübe abdeckt.
P99	Kapazität für 99 % der Tage.
Maximum	größter Tageshub im gewählten Zeitraum.
Periodenhub	maximaler Abstand zwischen höchstem und niedrigstem Speicherzustand über den gesamten Zeitraum.

Der P95-Wert ist als praxisnaher Bemessungswert interessant: Er verhindert, dass ein einzelner Extremtag die gesamte Speichergröße bestimmt, deckt aber nahezu alle modellierten Tage ab. Für eine vollständige Reproduktion des gesamten saisonalen Speicherzustands ist zusätzlich der Periodenhub zu beachten.

7 · Saisonaler Ladeumsatz

Der Ladeumsatz summiert alle positiven Änderungen des Speicherzustands über den gewählten Zeitraum:

Ladeumsatz = Σ max(0, E_state(t) − E_state(t−1))

Er beschreibt nicht die gleichzeitig vorhandene Speicherkapazität, sondern den Energiedurchsatz: wie viele kWh pro m² im Verlauf der Heizperiode wiederholt in diesen Speicherzustand hineingeladen wurden.

Wichtig: Speicherkapazität und saisonaler Durchsatz sind verschiedene Größen. Ein 1-kWh-Speicher kann über viele Zyklen deutlich mehr als 1 kWh pro Saison umsetzen.

8 · Elektrisches Batterieäquivalent

Der direkte Vergleich ist bewusst zunächst rein energetisch. Wenn die Wand innerhalb eines Tages einen Speicherhub von 0,80 kWh/m² bereitstellt, müsste eine elektrische Batterie für denselben nutzbaren Energiepuffer ebenfalls 0,80 kWh/m² nutzbare Kapazität bereitstellen.

Batterie_nutzbar, 1:1 = thermischer Speicherhub

Dies ist ein Kapazitätsvergleich, kein Vergleich von Exergie, Stromnutzbarkeit oder Anlagenkosten.

8.1 Nominale Batterie bei begrenzter DoD

Batterie_nominal = Batterie_nutzbar / DoD

Beispiel: 0,90 kWh nutzbar bei 90 % DoD → 1,00 kWh nominal.

8.2 Zusätzlich mit Systemwirkungsgrad

Batterie_nominal,η = Batterie_nutzbar / (DoD · η)

Der Rechner lässt DoD und Systemwirkungsgrad frei einstellen. Damit kann eine reale elektrische Speicheranlage gegen denselben nutzbaren Energiepuffer dimensioniert werden.

8.3 Wärmepumpe / COP

Der COP ist kein Bestandteil des direkten Batterieäquivalents. Er erscheint nur in einer separaten Sekundärspalte, wenn gefragt wird, wie viel elektrische Speicherenergie über eine Wärmepumpe erforderlich wäre, um dieselbe Wärmemenge bereitzustellen.

Batterie_el,via HP = Batterie_nominal,η / COP

9 · Analysezeiträume

Heizperiode 01.10–30.04 – Standard für den Wintervergleich.
Ganzes Jahr – Jahrescharakteristik.
Aktuelle Diagrammauswahl – Tag, Woche, Monat, Heizperiode, Sommer oder Jahr entsprechend der Hauptansicht.

10 · CSV-Export

Der Button Tageswerte CSV exportiert pro Tag mindestens:

Datum,
Solarangebot [kWh/m²],
Speicherhub [kWh/m²],
Ladeumsatz [kWh/m²],
minimaler Speicherzustand,
maximaler Speicherzustand.

Damit können Perzentile, Histogramme, Monatsauswertungen und externe Plausibilitätsprüfungen unabhängig vom Browser wiederholt werden.

11 · Außenhaut- und PV-Modellstand

v36 basiert auf dem aktuellen MASTER-v35-Zweig. Damit bleibt das weiterentwickelte PV-Kavitätsmodell erhalten: eigene Kavitätsluft, Wärmeaustausch PV↔Kavität↔Wand, langwellige Rückseitenstrahlung, Luftwechsel der Kavität sowie getrennte PV-Strom- und Wärmepfade. Die Speichererweiterung ersetzt diese Physik nicht, sondern wertet zusätzlich den zeitabhängigen Energieinhalt der Wand aus.

12 · Modellgrenzen und Interpretation

Das Ergebnis ist ein Modellwert für die eingegebenen Parameter, kein gemessener Produktkennwert.
Das Batterieäquivalent bezeichnet Speicherkapazität in kWh, nicht elektrische Leistung in kW.
1 kWh thermischer Speicherhub und 1 kWh elektrische Batteriekapazität sind energetisch gleich groß, aber nicht gleichwertig hinsichtlich Nutzbarkeit, Exergie, Kosten oder Wandlungsverlusten.
P90/P95/P99 beziehen sich auf die Verteilung der modellierten Tageshübe des gewählten Klima- und Bauzustands.
Der saisonale Ladeumsatz darf nicht als gleichzeitig vorhandene Speicherkapazität interpretiert werden.
Der Zusatzspeicher gegenüber statisch ist kein Solar-Tracer. Er isoliert den Unterschied der beiden Wandzustände, nicht die Herkunft jedes einzelnen Joules.
Feuchte, Latentwärme, 2D/3D-Wärmebrücken und reale Regelungsfehler sind nicht Teil dieses 1D-Modells.

13 · Empfohlene Auswertung für Veröffentlichungen

Für eine belastbare Aussage immer gemeinsam nennen: Standort/Klimadatei, Orientierung, Wanddicke, λ, ρ, c, Außenhaut, FVS-Zustände, Analysezeitraum und die verwendete Kennzahl (z. B. P95 Tageshub). Eine Zahl ohne diese Randbedingungen ist nicht reproduzierbar.

Empfohlene Formulierung: „Im definierten Modell entspricht der P95-Tageshub der adaptiv zusätzlich genutzten Wandmasse einer nutzbaren elektrischen Batteriekapazität von X kWh pro m² Wandfläche.“