Was ist ein Latentwärmespeicher, wo wird er eingesetzt und welche Vorteile bringt er? Wir stellen Ihnen diese Art der Wärmespeichertechnik vor und erklären die Funktionsweise.
Was ist ein Latentwärmespeicher und wie arbeitet er?
Ein Latentwärmespeicher ist eine besondere Art der Wärmespeichertechnik, die Wärme über einen sehr langen Zeitraum und immer wieder aufs Neue speichern kann. Dafür verwendet der Latentwärmespeicher als Speichermedium ein Phasenwechselmaterial (abgekürzt PCM für Phase Change Material).
Dieses Material ist in der Lage, seinen Aggregatzustand innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs zu wechseln, zum Beispiel von flüssig in fest und umgekehrt. Häufig verwendete PCMs sind zum Beispiel Salzhydrate oder Paraffine. Das Besondere an den PCMs ist also, dass sie bei Energiezufuhr in Form von Wärme vorerst nicht ihre Eigentemperatur wechseln, sondern stattdessen eine Phasenumwandlung durchlaufen.
Wechselnder Aggregatzustand macht Technik effizient
Während des Wechsels des Aggregatzustandes wird die latente Wärme, also die Wärme, die aufgenommen oder abgegeben wurde, gespeichert und kann anschließend – auch erst nach einem längeren Zeitraum – genutzt werden.
Diese latente Wärme, bei der es sich um Schmelzwärme, Absorptionswärme oder Lösungswärme handelt, ist durch den Phasenumwandlungseffekt wesentlich größer als die herkömmliche Wärmekapazität dieser Materialien. Aus diesem Grund sind Latentwärmespeicher besonders effizient.
Ein bekanntes Beispiel für einen Latentwärmespeicher ist ein Handwärmekissen für die Jackentasche. Bis das Kissen erwärmt wird, bleibt es in einem festen Zustand. Ab einer bestimmten Schmelztemperatur beginnt das PCM im Kissen zu schmelzen und wird flüssig.
Dafür muss Energie eingesetzt werden (zum Beispiel in einem mit Wasser gefüllten Kochtopf oder in der Mikrowelle). Diese Energie bleibt latent (verborgen) im Handwärmer gespeichert und wird erst dann wieder frei, sobald das Metallplättchen im Kissen geknickt und so eine Kristallisation in Gang gesetzt wird. Als Folge erwärmt sich das Kissen wieder auf die Schmelztemperatur.
Wo werden Latentwärmespeicher eingesetzt?
Neben den weit verbreiteten Handwärmern und Wärmekissen, begegnen uns Latentwärmespeicher im Alltag zum Beispiel in der Küche in Form von Warmhalteplatten oder Thermoskannen. In der Bauindustrie werden wärmespeichernde Baustoffe eingesetzt und in der Textilindustrie wird spezielle Kleidung zur Pufferung der Körpertemperatur produziert.
Latentwärmespeicher im Heizsystem
Auch bei einigen Heizsystemen, wie zum Beispiel Solaranlagen und Wärmepumpen, kommen die Latentwärmespeicher zum Einsatz und sorgen dafür, dass diese Heizsysteme mithilfe der Speicher wirtschaftlicher arbeiten können. Denn eine Solaranlage erzeugt zwar im Sommer sehr viel Wärme, kann dafür aber im Winter aufgrund der geringen Sonneneinstrahlung nur eingeschränkt arbeiten.
Ein Latentwärmespeicher, der an die Solaranlage angeschlossen wird, ermöglicht es, die Sonnenenergie nicht nur dann zu nutzen, wenn die Sonne scheint, sondern sie bis in den Winter hinein zu konservieren. Eine Wärmepumpe kann dann die Wärmeenergie aus dem Wärmespeicher im Winter über eine Sonde aufnehmen und so noch effizienter arbeiten.
So sind bspw. Eisspeicher für Wärmepumpen in Verbindung mit Solarthermie ein sehr geeigneter Latentwärmespeicher. Dank ihrer Platzierung unter der Erdoberfläche und speziellen Wärmetauschern kann die Wärmeenergie über mehrere Monate hinweg gespeichert werden.
Welche Vorteile haben Latentwärmespeicher?
Latentwärmespeicher können Temperaturen über mehrere Monate lang nahezu verlustfrei speichern. Dadurch ist der Einbau dieser besonderen Speicherart in Kombination mit einer Solaranlage oder einer Wärmepumpe eine wesentlich effizientere Möglichkeit als der Einsatz von Wärmespeichern, die Wasser als Speichermedium verwenden.
Ein weiterer Vorteil dieser Wärmespeichertechnik ist, dass sehr viel Energie in sehr wenig Masse gespeichert werden kann. Ein konkreter Vergleich zwischen einem Wärmespeicher, mit Wasser als Speichermedium, und einem Latentwärmespeicher, der Paraffin oder Zeolith als Speichermedium benutzt, weist eine bis zu fünffach höhere Speicherkapazität bei nur einem Drittel des Platzes auf. Zudem kann der Latentwärmespeicher die Wärmeenergie immer wieder konservieren, wodurch das System wartungsarm ist.
Kosten sind der große Nachteil
Der größte Nachteil dieser Speicher sind die Kosten, denn der Preis von Latentwärmespeichern ist sehr hoch. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Pufferspeicher liegt der Preis eines Latentwärmespeichers um das Drei- oder Vierfache höher.
Wie wirtschaftlich diese Wärmespeichertechnik ist, hängt außerdem stark von der Wechselbeständigkeit des PCMs ab, sprich, wie hoch die Zyklenzahl ist. Muss das Speichermedium nach einer begrenzten Anzahl von Be- und Entladezyklen ausgetauscht werden, verlängert sich die Amortisationszeit beträchtlich.
Aus diesem Grund sind konventionelle Speicher, wie etwa der Pufferspeicher, die bessere Lösung, da sich hier die Anschaffungskosten schon nach kurzer Zeit amortisiert haben.
Integrierter Speicher zur Wärmepumpe mit thermondo
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Sebastian ist Autor dieses Artikels und unser Experte auf den Gebieten Heizsysteme und Wärmewende. Wenn Sie Fragen zum Artikel oder Ihrem Heizungswechsel haben, schreiben Sie ihm: fragen@thermondo.de.
