Latentwärmespeicher
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Ein Latentwärmespeicher ist eine Einrichtung, die thermische Energie verborgen (latent vom Lateinischen latere = verborgen sein), verlustarm, mit vielen Wiederholzyklen und über lange Zeit zu speichern in der Lage ist. Prominentes Beispiel ist der regenerierbare Handwärmer. Sogenannte phase change materials (PCM, „Phasenübergangsmaterialien“) stellen ebenfalls Latentwärmespeicher dar.
[Bearbeiten] Funktionsprinzipien
Latentwärmespeicher funktionieren durch die Ausnutzung der Wärmetönung reversibler thermodynamischer Zustandsänderungen eines Speichermediums, wie z. B. des Phasenübergangs fest − flüssig (Schmelzen/Erstarren).
Die Ausnutzung des Phasenübergangs fest-flüssig ist dabei das am häufigsten genutzte Prinzip. Beim Aufladen kommerzieller Latentwärmespeicher werden meist spezielle Salze oder Paraffine als Speichermedium geschmolzen, die dabei sehr viel Wärmeenergie, die Schmelzwärme, aufnehmen. Da dieser Vorgang reversibel ist, gibt das Speichermedium genau diese Wärmemenge beim Erstarren wieder ab.
Der Vorteil dieser Wärmespeichertechnik beruht darauf, in einem durch die Schmelztemperatur des eingesetzten Speichermaterials genau festgelegten Temperaturbereichs möglichst viel Wärmeenergie in möglichst wenig Masse zu speichern. Die Nutzung eines Phasenübergangs ist dabei wesentlich effektiver als das bloße Erwärmen des Mediums: So wird beispielsweise beim Erstarren von Wasser, der Phasenübergang vom flüssigen Wasser zum festen Eis bei 0 °C also, ungefähr soviel Wärme frei, wie zum Erwärmen der selben Menge Wasser von 0 °C auf 80 °C benötigt wird. Die spezifische Phasenumwandlungsenthalpie ist also im Vergleich zur spezifischen Wärmekapazität relativ hoch (für Wasser: Schmelzenthalpie 334 kJ/kg, spezifische Wärmekapazität ca. 4,19 kJ·kg-1·K-1), wodurch die Energiedichte im Vergleich zu Heißwasserspeichern erheblich größer ist.
Ein ähnliches Prinzip besteht in der Ausnutzung der Wärmetönung reversibler chemischer Reaktionen, so z. B. von auf Chemisorption beruhenden Absorptions- und Desorptionsprozessen. Dieses wird in sogenannten thermochemischen Wärmespeichern genutzt, die eine noch höhere Energiedichte ermöglichen.
[Bearbeiten] Anwendungen
Für technische Anwendungen flüssig-kristalliner Latentwärmespeicher ist in der Regel eine Rekristallisation kurz unterhalb der Schmelztemperatur erwünscht. Dafür müssen dem Material geeignete Keimbildner zugesetzt werden, die eine Unterkühlung der Schmelze verhindern. Moderne Latentwärmespeichermaterialien auf Salz- oder Paraffinbasis haben für verschiedenste Anwendungsbereiche speziell entwickelte physikalische Eigenschaften und sind für nahezu alle Temperaturbereiche erhältlich. Sie finden Einsatz in Warmhalteplatten für die Gastronomie, in Latentwärmespeichern für Kraftfahrzeuge, in denen überschüssige Motorwärme abgespeichert wird, um sie beim Kaltstart wieder frei zu setzen, oder auch in der Heizungs- und Baustoffindustrie als wärmepuffernde Baustoffe, z. B. Micronal® PCM.
Phase change materials (PCM) finden zunehmende Anwendung in Funktionstextilien. Diese sind dadurch in der Lage, die Körper- oder Umgebungswärme aufzunehmen, zu speichern und diese wieder abzugeben. Damit ermöglichen sie das Abpuffern der Temperatur eines „Wohlfühlbereiches“ nach unten wie oben.
Der Einsatz von Latentwärme zur Saisonspeicherung der Heizenergie für ein ganzes Jahr ist sorgfältig abzuwägen. Zur ganzjährigen Beheizung eines Passivhauses benötigt man das Speichervermögen eines ca 20 m³ großen Paraffintanks. Man kann allerdings durch Verbrennung der gleichen Menge des anzuschaffenden Paraffins das gleiche Haus mehrere Jahre lang beheizen. Die CO2-Bilanz eines beispielsweise mit Solarenergie betriebenen Latenwärmespeichers ist jedoch ungleich besser.
