Wärmekissen Funktionsweise

Heizkissen Funktionalität

Natriumacetattrihydrat wird häufig in Wärmekissen verwendet. mw-headline" id="Funktionsprinzipien">Betriebsprinzipien Der Latentspeicher ist ein Gerät, das Wärmeenergie versteckt, verlustfrei, mit vielen Wiederholungszyklen und über einen langen Zeitraum abspeichern kann. Dazu werden so genannte Phasenwechselwerkstoffe (PCM, "Phase Change Materials") verwendet, deren Latentwärme aus Schmelz-, Lösungs- oder Absorberwärme deutlich höher ist als diejenige, die sie aufgrund ihrer üblichen spez ischen Wärmespeicherkapazität (ohne den Phasenumwandlungseffekt) einspeichern.

Zum Beispiel Wärmekissen, Kühlakkus oder paraffingefüllte Speicher in den Speichern von Solaranlagen. Die Funktion von Latentwärmespeichern beruht auf der Nutzung der thermodynamischen Zustandsänderung eines Datenträgers. Häufigstes Verfahren ist die Nutzung des Fest-Flüssig-Phasenübergangs (Erstarrungs-Schmelzen). Bei der Beschickung von handelsüblichen Latentwärmespeichern werden in der Regel Spezialsalze oder Petroleumparaffine als Speichermedien aufgeschmolzen, die sehr viel Heizenergie (Schmelzwärme) absorbieren (z.B. Kaliumhydrogenphosphat-Hexahydrat).

Bei der Erstarrung gibt das Medium diese Wärme ab. Bei technischen Applikationen als Latentspeicher ist meist eine Kristallisierung knapp unterhalb der Aufschmelztemperatur gewünscht. Natronlauge wird oft in Wärmekissen eingesetzt. 1] Im Wasserschmelzbad wird das Salz-hydrat bei einer Temperatur von 58 C geschmolzen und verbleibt im Metastabilitätszustand auch bei wesentlich niedrigeren Temperaturwerten - möglicherweise bis -20 C - als unterkühlt.

Beim Erwärmen in der Mikrowellenherd muss das Polster immer komplett umschlossen und mit klarem Spritzwasser umhüllt sein. Wenn eine Metallplatte (ähnlich einem klickenden Frosch) in das Heizkissen gepresst wird, kommt es zur Auskristallisation. Die Erwärmung des Kissens beträgt ca. 58 C, wodurch sich die komplette Auskristallisation und damit die Abgabe der Latentwärme über einen längeren Zeitraum ausdehnen kann.

Diese Wärmespeichertechnologie hat den großen Vorzug, dass sie eine verhältnismäßig geringe Menge an Heizenergie in einer verhältnismäßig kleinen Menge in einem kleinen Bereich speichert, der durch die Temperatur des verwendeten Speichermediums bestimmt wird. Wird das Medium dagegen nur erwärmt, ist ein großer Temperatureinsatzbereich erforderlich, um ähnliche Mengen an Wärme zu lagern. Außerdem wird der Metastabilitätszustand der gekühlten Flüssigkeit im Heizkissen ausgenutzt.

Dadurch kann die Hitze ohne Wärmedämmung und Wärmeverluste gelagert werden. Dabei ist die Nutzwärmemenge abhängig von der maximal und minimal einsetzbaren Betriebstemperatur. Es setzt sich aus zwei Bestandteilen zusammen: der Menge an freigesetzter Hitze bei Phasenumwandlungen im Nutztemperaturbereich. Wässer mit einer Aufschmelztemperatur von 0 C sind nicht geeignet, da sie nicht im Betriebsbereich liegen.

Deshalb ist hartes Paraffin mit einer Aufschmelztemperatur von ca. 60 C und einer Aufschmelzenthalpie zwischen ca. 200 und 240 kJ/kg (Wasser: 333 kJ/kg) gut einsetzbar. Bei der Erstarrung ist die Wärmeentwicklung etwa ein Drittel niedriger als bei der Verfestigung von Brauchwasser. Ein ähnliches Verfahren verfolgt die Nutzung der Enthalpien von reversiblen chemischen Umsetzungen, wie z.B. Absorptions- und Desorptionsprozesse auf Basis der Chemiesorption.

Dies erfolgt in so genannten thermo-chemischen Wärmeakkumulatoren, die eine noch größere Leistungsdichte erlauben. Eingesetzt werden sie in Heizplatten für die Gemeinschaftsverpflegung, in Latentwärmespeicher für Fahrzeuge, in denen Überschusswärme des Motors für einen erneuten Start abgespeichert wird, oder auch in der Heizungs- und Baustoffbranche als wärmespeichernde Konstruktionsmaterial. Phasenwechselmaterialien (PCM) werden immer häufiger in Funktionstextilien eingesetzt.

Sie können Körper- oder Raumwärme absorbieren, lagern und abführen. Durch die Verwendung von Latentwärmespeicher zur solaren Wärmespeicherung der Heizwärme für den Sommer sind die Investitionskosten zwar größer, aber das Heizsystem ist im Vergleich zum Wassertank oder Schotter sehr platzsparend und kann durch die Latentwärmenutzung gleichmäßigere Wärmemengen ausgeben.

Zur Erzeugung dieser Wärme im Hochsommer mit Solarabsorbern werden ca. 23 m³ Solarabsorberoberfläche bei 100 sonnigen Tagen und einem Wirkungsgrad von 4 kWh/(m²-d) vorausgesetzt. Zur Speicherung der im Hochsommer von Solarabsorbern erzeugten 32.000 Megajoule Wärme für den Überwinterungszeitraum in latenter Wärme werden ca. 200 m³ Petroleum in einem Speicher verbraucht.

In 2008 sind einzelne, mit Paraffinen befüllte Kleincontainer in einem Wasserbehälter gebräuchlich. 6 ] Sollen die Speicherscheiben zusammen mit dem thermisch gekoppelten Speicherplatz betrachtet werden, empfiehlt sich eine aufwändige Kopie mit dem Simulationsmodell[7]. Ein weiterer noch nicht umgesetzter Gedanke ist der Gebrauch in Wasch- und Geschirrspülmaschinen, damit die Abwärme aus früheren Reinigungsprozessen nicht unnötig ins Schmutzwasser abgeführt wird.

Wenn das z.B. 60 C warme Waschwasser aus dem Waschprozess einem Wärmespeicher zugeleitet wird, kann ein Teil der Abwärme für die Erwärmung des nachfolgenden Spülwassers auf 40 C verwendet werden und somit Energie einsparen. B. Glück: "Simulationsmodell für Passiv- und Aktivspeicherplatten in Raumgehäusen und Testbeispiele" B. Glück: "Dynamisches (wärmetechnisches) Raummodell" ( "Dynamic (heat engineering) room model") - ? Technische Universität Darmstadt; Hersteller: Inglas, Friedrichshafen.

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