Latentwärmespeicher – was ist das?

Der sogenannte Latentwärmespeicher ist eine der verschiedenen Varianten von Wärmespeichern, aber was genau ist das eigentlich? Im Wesentlichen erfüllt er die Aufgabe eines jeden Wärmespeichers: Er speichert thermische Energie und das möglichst verlustarm, verbrogen, wiederholt und natürlich über lange Zeit. Der Unterschied zu anderen Modellen liegt jedoch im Weg zur Speicherleistung des Latentwärmespeichers.

Wie speichert ein Latentwärmespeicher?

Zur Speicherung der thermischen Energie nutzt der Latentwärmespeicher verschiedene Materialien, welche die Fähigkeit haben, ihre Phasen zu wechseln. Diese Materialien bezeichnet man auch als “Phase Change Materials” (PCM), sogenannte Phasenwechselmaterialien. Diese Materialien gibt es öfter, als man vielleicht glaubt und da es auch noch sehr verschiedene existieren, gibt es auch verschiedene Ausrichtungen:

  • latente Schmelzwärme (die Energie, die ein Stoff benötigt um vom festen in den flüssigen Zustand zu wechseln)
  • Lösungswärme (die Energie, die auftritt wenn sich ein Stoff in ein Lösungsmittel auflöst)
  • Absorptionswärme (die Energie, die auftritt, wenn ein Teilchen in einer anderen Phase aufgenommen wird)

Durch den Effekt der Phasenwandlung sind sie alle um ein Vielfaches größer als die Wärme der ihnen im Normalfall innewohnenden Wärme. Am häufigsten genutzt werden derzeit Materialien für die Vorgänge Schmelzen und Erstarren.
 

Beispiel Wärmekissen – der kleine Latentwärmespeicher

Ein Wärmekissen enthält ein Salz, welches beim Verflüssigen Wärme abgibt. Um diesen Effekt zu erreichen, muss das Wärmekissen gleichmäßig zu erhitzen. Dabei sollte das gesamte Kissen gleichmäßig von Wasser umgeben sein, da andernfalls die Hülle schmelzen könnte. Durch die Wärme wird das Sals innerhalb seines Kristallgitters gelöst, die Wassermoleküle bilden ein eigenes Gitter, welches sich zuerst auflöst. Sobald alles verflüssigt ist, kann eine in dem Kissen enthaltene Metallplatte gedrückt werden. Diese startet eine neue Reaktionen: die Kristallisation. Während dieses Vorgangs gibt das Kissen die Schmelztemperatur ab – sehr praktisch um kalte Glieder im Winter wieder zu erwärmen oder warm zu halten.

Der Vorteil dieser Variante ist schnell klar: trotz der geringen Größe des Kissens kann eine große Menge Wärme gespeichert und abgegeben werden. Da liegt es nahe dieses Prinzip auch in der Solarthermieanlage zu nutzen.

Paraffin als Latentwärmespeicher

Ein ideales Material für einen Latentwärmespeicher ist Paraffin. Es wird schon jetzt bevorzugt eingesetzt um solarthermische Energie über einen langen Zeitraum zu speichern und bei Bedarf abzugeben. Allerdings ist dieser Stoff nicht unumstritten, da er ein Destillat aus Benzin, Heizöl oder Diesel ist. Dennoch punktet es ganz klar mit seiner wachsartigen Konsistenz, es ist geschmacks- und geruchslos, unbrennbar, ungiftig, elektrisch isolierend und wasserabstoßend. Diese Eigenschaften machen es für die Latentwärmespeicher so attraktiv.

Die Schmelztemperatur des Paraffins liegt je nach Art zwischen 48°C – 68°C und damit genau im Bereich der Nutztemperatur, die üblicherweise für Warmwasser oder zur Raumheizung abgegriffen werden soll. Die Konstruktion eines Latentwärmespeichers mit Paraffin ist vergleichsweise einfach: Er besteht aus einem wärmegedämmten Kasten, der mehrere mit Paraffin gefüllte Kunststoffrohre enthält. Die Zwischenräume sind meist mit Kies aufgefüllt. Durch die Kunststoffrohre und damit das Paraffin hindurch verläuft der Wärmetauscher der Solarthermieanlage. Die durchlaufende Solarflüssigkeit erwärmt dann das Paraffin und bringt es zum Schmelzen. Dabei können bis zu 85°C an Wärme im Paraffin gespeichert werden. Im Vergleich zum herkömmlichen Wärmespeicher mit Wasser ist die Speicherkapazität dieses Latentwärmespeichers also deutlich höher. Experten gehen sogar von einer bis zu vier mal so hohen Kapazität aus. Ein weiterer Vorteil: Die gespeicherte Wärme steht deutlich länger zur Verfügung als es ein Wasserwärmespeicher ohne Nachheizung erzielen würde.

Für die Zukunft sollen die Latentwärmespeicher in ihrer Konstruktion weiter verbessert werden. Denkbar wäre beispielsweise die Integration von PCM in die oberflächliche Bausubstanz von Immobilien zur Stabilisierung des Raumklimas. Gerade an heißen Sommertagen würde sich der Nutzungskomfort deutlich erhöhen.


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