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Funktion Wärmespeicher

Wärmespeicher gibt es als sensible Wärmespeicher (diese ändern beim Laden oder Entladen ihre Temperatur), als Latent-Wärmespeicher (hier ändert sich der Aggregatzustand des Trägerstoffes) und als thermochemische Wärmespeicher bzw. Sorptionsspeicher (diese speichern die Wärme dank endo- oder exothermer Reaktionen).

Nutzungsgrade verschiedener Wärmespeicher

Der Nutzungsgrad des Speichers kann aus dem Verhältnis gespeicherter und nutzbarer Energie zur Energie, die dem Speicher zugefügt wird, ermittelt werden. Bei gewöhnlichen Wasserspeichern wird der Nutzungsgrad mit der Zeit geringer, da Wärme an die Umwelt abgegeben wird. Die Engergiespeicherdichte bezieht sich auf die höchstens ladbare Energie, also die Wärmekapazität des Speichers in Relation zu dessen Volumen oder seiner Masse unter den gegebenen Konditionen. Es existieren Langzeit- und Kurzzeitspeicher. Langzeitspeicher können z.B. saisonale Wärmespeicher sein. Die häufigsten Typen sind: Heißwasser-Wärmespeicher, Kies/Wasser-Wärmespeicher, Erdsonden-Wärmespeicher und Auqifer-Wärmespeicher (hierbei werden Grundwasser und Erde erwärmt). Kurzzeitspeicher sind Speicher, die Wärme für wenige Tage oder gar nur für Stunden bereithalten. Ein typisches Beispiel sind Warmwasserspeicher, die auf Hausdächern montiert kurzzeitig Sonnenwärme speichern.

Wärmespeicher
Wärmespeicher - Alexander Raths - Fotolia.com

Latent-Wärmespeicher

Latent-Wärmespeicher sind Einrichtungen, welche Wärmeenergie verborgen und verlustarm mithilfe vieler Wiederholzyklen und über einen langen Zeitraum speichern können. Man nutzt im Rahmen der Latent-Wärmespeicher sogenannte „phase change materials“, deren Schmelzwärme oder Absorptionswärme deutlich größer ist als jene Wärme, welche sie aufgrund der gewöhnlichen Wärmekapazität zu speichern imstande sind. Beispiel für Latent-Wärmespeicher sind Wärmekissen, Kühl-Akkus oder Speicherelemente in solarthermischen Anlagen, die mit Paraffin gefüllt sind. Das Funktionsprinzip: Diese Speicher funktionieren durch das Ausnutzen der Enthalpie von thermodynamischen Zustandsveränderungen eines Speicherträgers. Das Prinzip, das oft dabei genutzt wird, ist der Phasenübergang fest-flüssig oder umgekehrt. Beim Aufladen des Inhalts von Latent-Wärmespeichern werden gewisse Salze oder Paraffine geschmolzen, welche dabei viel Wärmeenergie aufnehmen. Das Entladen ist ein Erstarrungsvorgang. Dabei gibt das Speichermedium die vorher aufgenommene Wärmemenge als Erstarrungswärme an die Umwelt wieder ab.

Thermochemische Wärmespeicher

Diese speichern die Wärme mithilfe endothermer Reaktionen und geben diese mittels exothermer Reaktionen ab. Der Sorptionsspeicher ist ein Beispiel für einen thermochemischen Wärmespeicher. Ein Tank beinhaltet Silicagel, das hygroskopisch sowie porös ist und eine große Innenoberfläche besitzt. Silicagele besitzen die Eigenschaft, dass sie Wasserdampf anziehen und diesen an ihrer Oberfläche anlagern – man spricht von Adsorption. Durch diesen Vorgang wird Wärme frei. Das Silicagel in Granulat-Form ist in einem Kessel, in welchem sich ein Wärme-Überträger befindet. Ein Wärme-Überträger ist nichts anderes als ein Apparat, welcher thermische Energie von Stoffstrom zu Stoffstrom überträgt; es gibt direkte, indirekte und halbindirekte Wärme-Überträger. Das Silicagel steht unter hoher Spannung. Der Vorteil des thermochemischen Wärmespeichers besteht darin, dass sie eine höhere Speicherdichte, und zwar von 200 bis 300 Kilowattstunden pro Kubikmeter besitzen. Die Energie kann man über Jahre verlustfrei speichern. Anwendungen für thermochemische Wärmespeicher befinden sich teilweise noch im Entwicklungsstadium. Einige Beispiele sind: die Natronlokomotive, die saisonale Speicherung von Solarwärme, der Lastausgleich in Fernwärmenetzen (hierbei wird zu Niederlastzeiten vom Speicher Fernwärme aufgenommen, zu Spitzenlastzeiten abgegeben), die Luft-Entfeuchtung in Hallenbädern oder das energiesparende Trocknen bei Geschirrspülern.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Bild Quelle
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