Materialien zur Wärmespeicherung erklärt verschiedene thermische Speichermaterialien wie Phasenwechselmaterialien, sensible Wärmespeicher und Adsorptions- und Absorptionsmaterialien.
Materialien zur Wärmespeicherung
Die Fähigkeit, Wärme effektiv zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben, ist in vielen Anwendungen von hoher Bedeutung. Dabei spricht man oft von „thermischen Speichermaterialien“. Diese Materialien können z.B. in der Gebäudetechnik, in der Industrie oder in der Energiespeicherung eingesetzt werden. Im Folgenden werden einige der wichtigsten Materialien zur Wärmespeicherung vorgestellt.
Phasenwechselmaterialien (PCM)
Phasenwechselmaterialien (PCM, Phase Change Materials) nutzen den Phasenwechsel eines Materials, um Wärme zu speichern. Beim Schmelzen und Erstarren absorbieren und geben sie große Mengen an Latentwärme ab, ohne dabei ihre Temperatur signifikant zu ändern.
- Paraffine: Diese kohlenwasserstoffbasierten Materialien haben einen gut definierten Schmelzpunkt und sind chemisch stabil. Sie werden häufig in Bauten und Bekleidung verwendet.
- Salzhydrate: Sie basieren auf Salzen, welche Wasser in ihrer Kristallstruktur binden. Sie können kostengünstig und effizient Wärme speichern, haben aber das Problem der Unterkühlung und Phasentrennung.
- Fettsäuren: Diese organischen Verbindungen sind ökologisch freundlich und haben einen engen Schmelzpunktbereich, was sie ideal für spezifische Anwendungen macht.
Sensible Wärmespeicher
Sensible Wärmespeicher speichern Wärme durch die Erhöhung der Temperatur eines Materials. Die gespeicherte Wärmemenge ist dabei proportional zur Temperaturänderung und der Wärmekapazität des Materials. Hier sind einige Materialien, die häufig als sensible Wärmespeicher verwendet werden:
- Wasser: Wasser hat eine hohe spezifische Wärmekapazität von ca. 4,18 J/g°C und ist weit verbreitet und kostengünstig. Es wird häufig in Heizsystemen und zur Wärmespeicherung in solarthermischen Anlagen verwendet.
- Gestein und Beton: Diese Materialien haben eine moderate spezifische Wärmekapazität und werden häufig in der Gebäudetechnik verwendet. Beton wird z.B. in Speichermassen von Solarhäusern integriert.
- Metalle: Metalle wie Aluminium und Kupfer haben eine hohe Dichte und können große Energiemengen pro Volumeneinheit speichern. Sie werden jedoch aufgrund ihrer Kosten und Gewichts nur in speziellen Anwendungen genutzt.
Adsorptions- und Absorptionsmaterialien
Adsorptions- und Absorptionsmaterialien speichern Wärme durch physikalische oder chemische Bindungen. Diese Materialien werden oft in thermischen Kühlsystemen und zur langfristigen Wärmespeicherung verwendet.
- Zeolithe: Diese mikroporösen Mineralien können große Mengen an Wasserdampf adsorbieren und bei der Freisetzung des Wasserdampfes Wärme abgeben.
- Silicagel: Ähnlich wie Zeolithe, kann Silicagel Feuchtigkeit aufnehmen und dabei Wärme speichern.
- Metallhydride: Diese Materialien speichern Wasserstoff in ihrer Metallstruktur und geben bei der Reaktion mit Wasser erheblich Wärme ab.
Jedes dieser Materialien hat spezifische Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten, die je nach Anforderung und Einsatzgebiet ausgewählt werden. Die Wahl des richtigen Speichermaterials kann den Wirkungsgrad und die Effizienz eines thermischen Systems entscheidend beeinflussen.
