Wüstenbaum

5. Anwendungsbeispiele

Zur Anwendung von Latentwärmespeichern gibt es viele theoretische Vorschläge und auch schon einige Anwendungsbereiche. Viele Projekte werden jedoch erst realisiert werden können wenn die Materialforschung noch bessere Speicherstoffe entwickelt hat. Neben den im Folgenden genauer erläuterten Anwendungen kommen Latentwärmespeicher zum Beispiel noch zum Antrieb von U-Booten in Kombination mit einem Stirlingmotor zur Anwendung[7, Seite 24f.]. Außerdem können sie in Zukunft zur Verlängerung der Lebenszeit von Bleiakkumulatoren und Verbesserung des Kaltstartverhaltens von Fahrzeugen mit solchen beitragen, indem die Temperatur des Bleiakkumulators von einem Latentwärmespeicher der mit Motorabwärme aufgeladen wurde bis zu 4 Tage lang konstant hochgehalten wird [7, Seite 23f.]. weitere Anwendungsgebiete die im Folgenden nicht weiter beschrieben werden sind als Überhitzungsschutz von Waffensystemen[7, Seite 25f.] und in Transportbehältern für Temperaturempfindliche Güter wie Blutkonserven, Medikamente und Pharmazeutika[1, Seite 3].

5.1 Verwendung bei der Temperaturkontrolle von Nachrichtensatelliten

Wie Edgar Leder in seiner Dissertation [15] erläutert kann durch die Verwendung eines Latentwärmespeichers den ständig wechselnden Temperaturen in einem Nachrichtensatelliten bei seiner geostationären Umlaufbahn um die Erde entgegengewirkt werden. Vor allem weil einige elektronische Bauteile nur in einem bestimmten Temperaturbereich zuverlässig und somit effektiv arbeiten, ist es sinnvoll einen Latentwärmespeicher, der die Temperaturspitzen die sich durch Sonnenbestrahlung und Sonnenschatten im regelmäßigen Abstand von ungefähr vierundzwanzig Stunden ergeben, durch einen Latentwärmespeicher abzufangen. Bei diesem ist dann die Schmelztemperatur des Speichermaterials so gewählt, dass sie der optimalen Arbeitstemperatur des Satelliten entspricht und somit die Zuverlässigkeit des Satelliten gewährleisten kann.
Ein Latentwärmespeicher kann auch zur Energieversorgung eines Satelliten verwendet werden, indem die latent gespeicherte Sonnenwärme durch einen Energiewandler wie dem Brayton-Cycle in elektrische Energie umgesetzt wird [7, Seite 2].

5.2 Verwendung zur Wärmespeicherung in Wärmekonserven

Latentwärmespeicher können auch als Energiekonserve verwendet werden. Hier macht man sich den Nachteil der Unterkühlung einiger Speichermedien, zum Beispiel der meisten Salze zum Vorteil. Unterkühlen heißt, dass sie beim Abkühlen nicht bei ihrem Schmelzpunkt kristallisieren, also keine Keimbildung einsetzt und sie statt dessen flüssig bleiben. Diese Keimbildung setzt dann entweder später bei ihrem Erstarrungspunkt ein, oder im Extremfall gar nicht von alleine. So ist es möglich, dass das Speichermedium im flüssigen Zustand bis auf die Umgebungstemperatur abkühlt und dann die Wärmeenergie über einen unbegrenzt langen Zeitraum in sich tragen kann. Wenn dann die Keimbildung im flüssigen Speichermaterial verspätet ausgelöst wird setzen diese Wärmeträger ihre latente Energie wieder frei [7, Seite 20 und 8, Seite 8].
Auch Handwärmer sind kleine Latentwärmespeicher!
Bild 4: Handwärmer - Ein Latentwärmespeicher als Wärmekonserve [16]

Bekannt ist diese Art der Wärmekonserve zum Beispiel aus Handwärmern. Diese machen sich genau dieses Prinzip zu Nutzen. In einem unterkühlten, flüssigen Salz (Nartiumacetat-Trihydrat) wird die Kristallisation ausgelöst indem ein Metallblättchen in der metastabilen Lösung geknickt wird. Im Idealfall erreicht das Wärmekissen dann eine Temperatur von 58°C, den Schmelzpunkt des Salzes [16]. 5.3 Verwendung von PCMs in Funktionskleidung Spezielle mikroverkapselte Latentwärmespeicher werden nach [1, Seite 5-8] auch in Funktionskleidung verwendet. Kleine 3-20µm große Kapseln mit Paraffinkern werden mit einem geschäumten Bindemittel auf der Kleidung fixiert. Skibekleidung kann so länger vor dem Auskühlen schützen. Andererseits kann auch die Einsatzbekleidung von zum Beispiel Feuerwehrleuten vor einer zu schnellen Überhitzung bewahrt werden.

5.4 Verwendung von Latentwärmespeicher bei der Speicherung der Wärmeenergie von Solarthermieanlagen

Bei der Suche nach nicht fossilen Energiequellen werden viele Hausbesitzer von Solarthermieanlagen überzeugt. Diese erwärmen sobald Sonne auf sie trifft Wasser, welches dazu verwendet wird die Wärmeenergie der Sonne in einen Energiespeicher, zum Beispiel einen Warmwasserpufferspeicher zu transportieren. Neben diesen großen Warmwasserpufferspeichern gibt es jetzt auch die Möglichkeit einen Latentwärmespeicher zur Wärmespeicherung zu verwenden.
Dieser hat vor allem den Vorteil, dass er durch seine höhere Speicherdichte viel weniger Platz als herkömmliche Warmwasserspeicher benötigt und so auf gleichem Raum bis zu vier mal mehr Energie gespeichert werden kann. Die niedrigere Temperatur eines solchen Speichers bei gleichem Energieinhalt führt dazu, dass die Solarthermieanlage auf einem niedrigerem Temperaturniveau arbeiten kann. Dieser Effekt führt zu mehr Ertrag der Solarthermieanlage. Des Weiteren werden durch die niedrigere Temperatur des Latentwärmespeichers im Vergleich zu einem Warmwasserspeicher weniger Verluste durch Wärmeabstrahlung verzeichnet. Durch diese Effekte ergibt sich ein höherer Energieertrag! Siehe hierzu auch den praktischen Versuch (Punkt 4.) und seine Ergebnisse!

5.5 Verwendung zur Abfederung von Temperaturspitzen in der Gebäudetechnik

Die speziellen mikroverkapselten PCMs können auch in allen möglichen Baumaterialien verwendet werden. So gibt es beispielsweise schon Putz und Estrich mit beigemischten PCMs, die für eine hohe Wärmespeicherfähigkeit sorgen. Wärme die bei Sonneneinstrahlung durch die Fenster ins Innere des Gebäudes kommt, kann von den Wänden besser aufgenommen und gespeichert werden [1, Seite4f.]. Wie dick eine Wand aus dem jeweiligen Baumaterial sein muss, um die gleiche Wärmemenge speichern zu können zeigt folgende Grafik:
Schichtdicken in Abhängigkeit einer konstanten Wärmekapazität
Abb. 12: Schichtstärke der einzelnen Speichermaterialien bei gleicher Wärmespeicherkapazität [17]