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Latente Wärme: Enthalpie beim Phasenübergang

Der Ausdruck latente Energie bezeichnet die Menge thermischer Energie, die beim Phasenübergang eines Stoffes aufgenommen bzw. abgegeben wird. In der Physik heißt die latente Wärme daher auch Umwandlungsenthalpie.

Beim Schmelzen, Verdampfen, Kondensieren oder Sublimieren ändert sich die Energiemenge von Stoffen, während die Temperatur vor und nach dem Phasenübergang unverändert bleibt. Die Änderung des Energiegehalts ist nicht fühlbar. Es handelt sich sozusagen um "versteckte Wärme", wie sich die lateinische Bezeichnung übersetzen lässt. Im Gegensatz dazu steht die sensible Wärme, deren Veränderung als fühlbarer Wärmestrom wahrnehmbar ist.

 

 

Der Ursprung der latenten Wärme

Der Ursprung latenter Wärme liegt in der Molekularstruktur von Stoffen in verschiedenen Aggregatzuständen. Beim Phasenübergang zwischen fest, flüssig und gasförmig verändert sich der Abstand zwischen den Molekülen. Bei dieser Abstandsänderung wird physikalische Arbeit verrichtet, wodurch sich die potenzielle Energie des Stoffes verändert. Dabei bleibt die Geschwindigkeit der Moleküle allerdings konstant. Das heißt, die messbare und fühlbare Temperatur bleibt unverändert.

Die latente Energie beim Phasenübergang ist vergleichsweise groß: Bei der Kondensation einer bestimmten Menge eines Stoffes wird zum Beispiel deutlich mehr Energie frei als für die Erwärmung der gleichen Menge um ein Grad notwendig ist.

 

 

Latente Wärme in der Heiz- und Klimatechnik

Verschiedene Anwendungen nutzen die hohe Energiemenge beim Phasenübergang aus. Eine wichtige Anwendung ist der Kältekreislauf. Eine Kältemaschine nutzt die Kondensationsenthalpie des Kältemittels, um aktiv Wärme zu transportieren. Auf diese Weise funktionieren Kühlanlagen, Klimaanlagen und Wärmepumpen. Brennwertheizungen nutzen die Kondensationsenthalpie des Brennstoffs, um mit Wärmerückgewinnung aus den Abgasen den Wirkungsgrad zu steigern.

Andere Anwendungen sind Latentwärmespeicher und Eisspeicher, mit denen sich zum Beispiel die Effizienz für Erdwärmepumpen deutlich steigern lässt. Bei der Energieaufnahme schmelzen im Eisspeicher mehrere Kubikmeter Wasser. Bei Energieentnahme geht das Speichermedium teilweise wieder in festen Zustand über und gibt damit in großer Menge latente Wärme ab. So lässt sich mit verhältnismäßig geringem Aufwand eine große Energiemenge auch saisonal speichern.

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