Latentwärmespeicher

Für Solar- und Wärmepumpenheizungen

Selbst bei hochgedämmten Wasserspeichern ist die Speicherkapazität nach ein bis zwei Tagen abgelaufen. Dabei wäre es für thermische Solaranlagen optimal, die Wärme aus sonnenreichen Tagen bis in den Winter retten zu können. Latentwärmespeicher schaffen das, sie können Wärme viel länger als Wasser speichern – und das bei einem viel geringeren Platzbedarf.

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Latentwärmespeicher sind mit PCM (engl. phase change material, deutsch Phasenwechselmaterial) gefüllt. Sie nutzen den physikalischen Effekt des Phasenwechsels eines Speichermediums wie Salzhydrat oder Paraffin: Ändert dieses seinen Aggregatzustand, zum Beispiel von fest nach flüssig, muss es Wärme aufnehmen. Dabei bleibt die latente Wärme (die im Phasenübergang zugeführte Energie) im Stoff gebunden. Durch physikalische Einwirkung kann diese im Speichermaterial gebundene Energie auch nach einem längeren Zeitraum wieder freigesetzt werden. Aus diesem Grund besitzen Latentwärmespeicher eine viel höhere Speicherkapazität als Wasserspeicher und können Wärme fast verlustfrei speichern. Probleme bereiten derzeit noch das Be- und Entladen der Speicher und der definierte Temperaturbereich, in dem dies geschehen muss. Einige Hersteller bieten bereits marktreife Latentwärmespeicher an, die aber sehr kostenintensiv sind. Erhältlich sind:

Solar-Eis-Speicher (Kombinierte Wärmepumpen-Solaranlage)
Das System besteht aus Luftkollektoren, Wärmepumpe, Warmwasserspeicher und Eisspeicher. Der befindet sich ähnlich wie eine Regenwasserzisterne unter dem Gebäude im Erdreich. Der Eis-Latentspeicher kann die Abwärme aus einem Wärmepumpenprozess über Monate hinweg fast verlustfrei speichern. Ermöglicht wird dies durch eine spezielle Anordnung von Wärmetauschern in Verbindung mit einem ausgeklügelten Lade- und Entladesystem.

In der warmen Jahreszeit wird im Eisspeicher überschüssige Sonnenenergie in großvolumigen Wassermengen auf niedrigem Temperaturniveau gespeichert. In der kälteren Saison wird die Wärme dem unterirdischen Speicher entzogen und über die Wärmepumpe dem Warmwasserspeicher und dem Heizsystem zugeführt. Beim kontrollierten Phasenübergang von Wasser zu Eis werden dabei große Mengen an Kristallisationsenergie freigesetzt. Das Eis kann im folgenden Sommer zur kostenlosen Kühlung verwendet werden.

Paraffinwärmespeicher
Paraffinwärmespeicher besitzen Kunststoffröhren, die mit Paraffin gefüllt sind, einen dämmenden Kasten sowie isolierenden Kies. Durch die Rohre verlaufen die Leitungen für Heizung und Warmwasser. Gegenüber Wasserspeichern besitzen Paraffinspeicher die fünfache Speicherkapazität bei einem Drittel des Platzbedarfs.

Thermobatterie mit Salz
Diese Latentwärmespeicherart nutzt Natriumazetat, das Natriumsalz der Essigsäure, als Speichermedium. Die mit dem Salz gefüllten Speicherbaugruppen aus Edelstahl, auch Cluster genannt, sind mit Rohren, Ventilen und einer elektronischen Steuerung gekoppelt. Das System basiert auf dem Phasenwechsel bei rund 60°C von festem Natriumacetat zum flüssigen Zustand.

Der Speicher nutzt darüber hinaus ein zweites physikalisches Phänomen, das der „unterkühlten Schmelze“. Dabei bleibt das Speichermedium unter bestimmten Bedingungen auch dann flüssig, wenn es wieder unter den Schmelzpunkt abkühlt. So ist es möglich, dass bis zu zwei Drittel der zugeführten Wärme aus einer Solarthermieanlage im Phasenübergang fest/flüssig im Cluster gebunden wird. Wenn die Wärme aus dem Kollektorkreislauf das Salz in der Cluster-Röhre zum Schmelzen gebracht hat, kann die Thermobatterie die latente Wärme zeitlich unbegrenzt und verlustfrei speichern. Über einen Schaltimpuls eines Metallplättchens kann sie für die Heizung dann bei Bedarf auch Monate später abgerufen werden.

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