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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.

Man nutzt sogenannte phase change materials (PCM, „Phasenübergangsmaterialien“), deren latente Schmelzwärme, Lösungswärme oder Absorptionswärme wesentlich größer als die spezifische Wärmekapazität der gleichen Menge eines Stoffes ohne Phasenumwandlung ist.

Beispiele sind Wärmekissen, Kühlakkus oder mit Paraffin gefüllte Speicherelemente in den Tanks von solarthermischen Anlagen.

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.

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 Latentwärmespeichern zur Solarwärmespeicherung der Heizenergie für den Winter ist teurer als die Nutzung von Wassertanks oder Kies. Zur Beheizung eines Passivhauses in der kalten Jahreszeit benötigt man einen ca 20 m³ großen, mit Paraffin-Wärmespeicherelementen gefüllten Wassertank. Mit der Menge des erforderlichen Paraffins (z.B. in Form von Heizöl) könnte man jedoch das gleiche Haus mehrere Jahre lang beheizen. Die CO₂-Bilanz und Effizienz eines mit Solarwärme gespeisten Latentwärmespeichers ist daher nur dann besser, wenn Raummangel (z.B. bei Nachrüstung) und langjährige Nutzung vorliegen.

Weblinks

• Themen - Info: Latentwärmespeicher
• Projektinformation: Forschungsverbund zu Latentwärmespeichern: LWSNet

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