Grundlagen zur Latentwärme Die Idee, Wärme oder Kälte in einem Phasenübergang zu speichern, ist nicht neu. Schon die Römer nutzten das Schmelzen von Eis, d.h. den Phasenbergang fest-flüssig, um Lebensmittel
kühl zu halten. Die ersten Versuche Latentwärmespeicher zur Wärmespeicherung einzusetzen wurden um 1940 in den USA durchgeführt. Ziel war damals die Speicherung von solar erzeugter Wärme, um ein Wohnhaus zu heizen. Da Eis natürlich vorkommt, war es das erste Latentmaterial, auch PCM (phase change material) ganannt, das zur Kältespeicherung, vor allem in sogenannten Eisschränken, verwendet wurde.
Diese Latentwärmespeicherung kann jedoch auch
in anderen Temperaturbereichen eingesetzt werden, so z.B. in Wärmeanlagen oder Heizanlagen.  Bei der Speicherung von Wärme in das Speichermaterial erhöht sich dessen
Temperatur. Diese Form der Wärmespeicherung wird deshalb auch fühlbare oder sensible Wärme-speicherung genannt. Unter Latentwärmespeicherung (lateinisch lateo: versteckt, verborgen) versteht man die Speicherung von Wärme in einem Material, welches einen Phasen- übergang, z.B. fest - flüssig, erfährt. Bei der Speicherung von Wärme in das Speichermaterial beginnt das Material beim Erreichen der Temperatur des
Phasenbergangs zu schmelzen und erhöht dann, trotz weiterer Einspeicherung von Wärme, seine Temperatur nicht, bis das Material komplett geschmolzen ist. Erst dann tritt wieder eine Erhöhung der Temperatur auf (rote Kurve). Da für längere Zeit trotz Wärmezufuhr keine merkliche Temperaturerhöhung auftritt, nennt man die während des Phasenbergangs eingespeicherte Wärme versteckte Wärme oder auch latente Wärme.
Im Falle eines Phasenübergangs fest - flüssig ist die latente Wärme gleich der Schmelz- oder Kristallisationswärme des Speichermaterials. Latentwärmespeicherung ist allgemein in Form von Wärmekissen, die in heissem Wasser geladen werden, bekannt. Die Speicherung von Kälte im Winter mittels Eis oder Schnee zur Kühlung oder Klimatisierung im Sommer war früher eine weit verbreitete Anwendung, die mit der Einführung der
Kompressionskältemaschinen verdrängt wurde. Heute wird sie, aus Energiespargründen, wieder diskutiert. Durch den Effekt der latenten Wärme, d.h. der Wärmespeicherung ohne nennenswerte Temperaturnderung, ergeben sich zwei wesentliche Vorteile: 1. Es ist möglich, in einem kleinen Temperaturbereich verhältnismässig grosse Wärme- bzw. Kältemengen zu speichern und somit hohe Speicherdichten zu erreichen. 2. Da der Phasenbergang bei konstanter Temperatur über einen gewissen Zeitraum vonstatten geht, besteht die Mglichkeit, Temperaturschwankungen zu glätten und Temperaturspitzen zu verhindern. Wie viel Energie in einem Phasenbergang gespeichert werden kann, zeigt sich leicht am Beispiel von Wasser:
Um Eis (0° C) zu Wasser von 0° C zu schmelzen, braucht man in etwa so viel Energie, wie um Wasser von 0° C auf ca. 80° C zu erhitzen. Noch mehr Energie wird für den Phasenübergang Wasser /
Wasserdampf benötigt. Hier wird die 5,4-fache Menge der Energie benötigt, die notwendig ist, um Wasser von 0° C auf 100° C zu bringen. Wird Wasser vom festen in den dampfförmigen Zustand überführt, so werden lediglich 14% der benötigten Energie als sensible Wärme und 76% als latente Wrme gespeichert. Im Temperaturbereich um 0°C wird typischerweise Wasser mit verschiedenen
Zusätzen als PCM verwendet.  Die Zusätze beeinflussen so die Struktur des Kristallgitters des Eises und somit auch den Schmelzpunkt und die Schmelz- bzw. Kristallisationsenergie.
Für die Kältespeicherung unterhalb
0° C werden wässrige, meist eutektische Salzlösungen verwendet. Diese PCM sind sehr preiswert. Um den Temperatur- bereich zwischen 0° C und 20° C besser abzudecken, werden seit einiger Zeit Gashydrate bzw. Clathrathydrate erforscht. Dabei wird ein Gas, meist unter Druck, im Wasser gelöst. Die Gasmoleküle stabilisieren dann das Gitter des Eises und erhöhen somit dessen Schmelzpunkt. Für die Wärmespeicherung im Temperaturbereich von 5° C bis etwa 130° C setzt man Salzhydrate und
eutektische Mischungen von Salzhydraten ein. Salzhydrate können als extreme Modifikation des Gitters des Wassers betrachtet werden. Aufgrund der hohen Massenanteile kann man sie allerdings auch als Salze mit hohem Wassergehalt (Kristallwasser) betrachten. Eine andere Materialklasse im selben Temperaturbereich sind die Paraffine. Sie werden oft wegen ihrer chemischen Reaktionsträgheit und somit einfacheren Handhabung eingesetzt. Im Vergleich zu Salzhydraten haben
sie ähnliche massenbezogene Energiedichten. Wegen ihrer geringeren Dichte sind sie allerdings den Salzhydraten bei der volumenbezogenen Energiedichte unterlegen. Eine neuere Materialklasse, die noch in der Entwicklung ist, sind Zuckeralkohole im Temperaturbereich 90° C bis 180° C. Für Temperaturen oberhalb etwa 130° C werden Salze sowie eutektische Mischungen von Salzen eingesetzt. Sie wurden vor allem für den Einsatz von Latentwärme- speicherung für Parabolrinnen
-Solarkraftwerke untersucht. Die hier dargestellten PCM zeigen alle einen Phasenbergang fest / flüssig. Dies ist nicht zwingend notwendig. Auch für fest / fest Phasenübergänge sind Materialien bekannt. Aufgrund ihrer niedrigeren Energiedichten und höheren spezifischen Kosten werden sie allerdings zur Zeit kaum diskutiert. Je nach Anwendungsfall muss dazu ein Material mit geeigneter Temperatur des Phasenwechsels
ausgewählt werden. Dabei werden je nach Temperaturbereich verschiedene Materialklassen eingesetzt, um effiziente Speicher damit aufzubauen. Solche Energiespeicher für die Wärmetechnik, wie z.B die Latentwärmespeicher auf der Basis von Salzen, Salzhydraten, Paraffinen oder Zuckeralkoholen oder sogenannte Sorptionsspeicher (Adsorptionswärme) sind vielfältig einsetzbar. Durch Wärmespeicherung können viele Wärmequellen wie Solarenergie aber auch Abwärme aus Industrieprozessen und Kraftwerken wirtschaftlich nutzbar gemacht werden, da sie zur Verfügung
gestellt werden können, wenn Sie gebraucht werden. Zunehmend werden dabei höhere Anforderungen an die Qualität der Wärme- und Kälteversorgung gestellt, z. B. eine gleichbleibende Temperatur beim Heizen bzw. Klimatisieren von Gebäuden. Weitere Informationen über die Speicherkapazität erhalten Sie hier Allegemeine Informationen über Latentspeicher erhalten Sie hier
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