Wärmeakkumulation

Wärmeakkumulation bezeichnet die Fähigkeit eines Materials oder Systems, thermische Energie zu speichern. Sie hängt eng mit der Wärmekapazität des Speichermediums und der Veränderung seiner Temperatur zusammen. In Gebäuden ist Wärmeakkumulation ein Teil der thermischen Trägheit oder der thermischen Masse: Bauteile mit hoher Speicherkapazität, wie Mauerwerk oder Wasser, nehmen tagsüber Wärme auf und geben sie nachts wieder ab und tragen so zur Stabilisierung der Innenraumtemperatur bei.

Grundsätzlich wird zwischen sensibler Wärmeakkumulation und latenter Wärmeakkumulation unterschieden. Sensible Wärmeakkumulation basiert auf Temperaturänderungen eines Stoffes, gemäß ΔQ = m·c·ΔT, wobei c die spezifische Wärmekapazität ist. Latente Wärmeakkumulation nutzt Phasenwechsel; bei der Zustandsänderung von fest zu flüssig (oder von anderen Phasen) wird pro Masse L an Wärme aufgenommen oder abgegeben. Materialien mit Phasenwechsel, sogenannte Phase-Change-Materials (PCM), ermöglichen oft höhere Energiespeicher-Dichten bei moderaten Temperaturbereichen.

Anwendungsfelder sind passiv oder aktiv genutzte Energiespeicher in Gebäuden, solarthermische Anlagen, industrielle Wärmeversorgung und Transport. Vorteile der Wärmeakkumulation umfassen die Lastverschiebung, Reduktion von Temperaturschichtungen und potenziell höhere Gesamteffizienz von Energiesystemen. Nachteile können Masse, Materialkosten, Wärmeverluste und organisatorische oder technische Komplexität der Speicherführung sein.

Physikalisch bestimmt sich das Speichervolumen durch Masse, Wärmekapazität bzw. Phasenwechselenthalpie und Dichte. Die Wärmeleitfähigkeit beeinflusst, wie schnell Wärme in den Speicher eindringt. Insgesamt ist Wärmeakkumulation ein zentrales Konzept in der Energieeffizienz und der thermischen Gebäudetechnik.