Latentwärmespeicher

Was ist ein Latentwärmespeicher?

Latentwärmespeicher sind zum Beispiel eine Alternative zu Warmwasserspeichern, da sie Wärme sehr lange und nahezu verlustfrei speichern. Das ermöglichen die Phasenwechselmaterialien (Phase Changing Material – PCM), mit denen Latentwärmespeicher arbeiten. Diese können Wärme durch Änderung ihres Aggregatzustands aufnehmen, speichern und wieder freigeben. Effizienter als Wasser sind zum Beispiel spezielle Paraffine, Salze oder – für sehr hohe Temperaturen – Metalle. Ideal sind Stoffe mit einer Schmelztemperatur zwischen 40 und 70 Grad Celsius, was der Nutztemperatur entspricht.

Während bei einem herkömmlichen Warmwasserspeicher die gespeicherte Temperatur fühlbar (sensitiv) ist, bleibt die Temperatur eines Latentwärmespeichers trotz Wärmezufuhr gleich. Die gespeicherte Wärme ist also latent. Sie wird erst freigesetzt, wenn ein Phasenübergang stattfindet.

Latentwärmespeicher finden in vielen Bereichen Verwendung. Außer für die bereits genannten Handwärmer eignen sie sich beispielsweise für folgende Zwecke:

• Wärmekissen
• Warmhalteplatten in der Gastronomie
• Baustoff- und Heizungsindustrie
• Elektrofahrzeuge
• Funktionskleidung
• Abfallverwertung
• Solarthermieanlagen

Latentwärmespeicher werden zunehmend auch als Gebäudeheizung verwendet.

Wie funktioniert ein Latentwärmespeicher?

Das Funktionsprinzip von Latentwärmespeichern lässt sich am einfachsten anhand des Handwärmekissens erklären. Handwärmer enthalten meist Natriumacetat-Trihydrat oder ein anderes Salz. Natriumacetat hat eine Schmelztemperatur von 58 Grad Celsius. Wird es auf diese Temperatur erhöht, verflüssigt es sich. Bei einem Handwärmer lässt sich dieser Effekt beispielsweise durch heißes Wasser erzielen.

Natriumacetat bleibt bis zu einer Temperatur von minus 20 Grad Celsius flüssig. Möchten Sie das Wärmekissen benutzen, knicken Sie das in der Flüssigkeit schwimmende Metallplättchen. Die Druckwelle löst die Kristallisation der Flüssigkeit aus – sie wird fest. Dabei wird Wärme freigesetzt. Das Kissen erhitzt sich auf die Schmelztemperatur des PCM und der Anwender kann sich daran die Hände wärmen. Der Vorteil daran ist, dass Handwärmer die Wärme über einen langen Zeitraum abgeben.

Latentwärmespeicher funktionieren in anderen Anwendungsbereichen nach einem ähnlichen Prinzip. Zwar gibt es auch Systeme, die mit Lösungswärme oder Absorptionswärme arbeiten. Die meisten Latentwärmespeicher nutzen jedoch Schmelzwärme sowie Stoffe, die ihren Aggregatzustand zwischen fest und flüssig wechseln.

Wie heizt ein Latentwärmespeicher?

Latentwärmespeicher sind als Heiz- und Kühlanlage in Gebäuden verwendbar. Als PCM fungiert hierfür meistens Paraffin, dessen Schmelztemperatur zwischen 48 und 68 Grad Celsius liegt. Beim Schmelzvorgang werden pro Kilogramm 189 Kilojoule Energie frei. Auch Eisheizungen mit Wasser als PCM gehören zu den Latentwärmespeichern. Mit der Energie, die beim Schmelzen von Eis frei wird, kann Wasser von 0 auf 80 Grad Celsius erwärmt werden. Zudem sind einige Fettsäuren in Latentwärmespeicherheizungen einsetzbar.

Latentwärmespeicher mit Paraffin als PCM werden häufig in Kombination mit Solarthermieanlagen verwendet. Die Solarkollektoren nehmen die durch Sonnenlicht entstehende Umgebungswärme auf und schmelzen damit das Paraffin. Das Paraffin befindet sich in einem Wärmespeicher – in der Regel handelt es sich um einen Kasten, der mehrere mit Paraffin gefüllte Rohre enthält.

Mit Kies vermischt liegt Paraffin im festen Zustand als Granulat vor. Beim Schmelzen erzeugt es Temperaturen von bis zu 85 Grad Celsius und speichert die Wärme längerfristig. Über Nacht kühlt das Paraffin ab, wobei es die Wärme abgibt. Über ein Thermostat lässt sich die Wärmeabgabe in den Wohnraum steuern. Zukünftig sollen die Latentwärmespeicher direkt in die Hauswände integriert werden und somit noch effizienter heizen.

Welche Vorteile haben Latentwärmespeicher?

Dies sind die Vorteile von Latentwärmespeichern:

• Anwender sparen mit einem Latentwärmespeicher Energie und somit Kosten ein.
• Die Wärme zum Schmelzen des PCM wird mittels einer Solarthermieanlage gewonnen.
• Latentwärmespeicher können Wärme über einen langen Zeitraum speichern und abgeben.
• Temperaturspitzen lassen sich ausgleichen.
• Der Platzbedarf ist gering, die Installation einfach.

Welche Nachteile gibt es bei Latentwärmespeichern?

Latentwärmespeicher weisen auch Nachteile auf:

• Die Anschaffungskosten eines Latentwärmespeichers sind relativ hoch.
• Die Funktion ist von Außentemperaturen und Sonneneinstrahlung abhängig.