Latenz, adj. latent (von lateinisch latere = ‚verborgen sein‘) ist ein vielfach verwendeter Begriff. Im Kontext Geothermie ist latente Wärme von Interesse.
Als latente Wärme bezeichnet man die bei einem Phasenübergang erster Ordnung aufgenommene oder abgegebene Energiemenge (Wärme) in der Einheit Joule. Sie hängt ab von der Art des Phasenüberganges und des Stoffes sowie von seiner Menge. Latent heißt sie deshalb, weil sich beim Phasenübergang die Temperatur nicht ändert.
Bis zum Siedepunkt erhitztes Wasser hat bis dahin fühlbare (sensible) Wärme aufgenommen. Bei weiterer Wärmezufuhr wird das Wasser nicht heißer, sondern verdampft. Als Dampf enthält das Wasser mehr Energie als vorher in flüssiger Form, obwohl der Dampf nicht heißer ist (es wurde 'Abtrennarbeit' geleistet). Der Dampf kann diese verborgene Energie (bei der Kondensation) wieder abgeben, ohne dabei abzukühlen. Die gleiche Wärmemenge heißt beim Verdampfen Verdampfungswärme, beim Verflüssigen Kondensationswärme.
Um ein Kilogramm Wasser bei 100 °C und 1013 mbar zu verdampfen, ist die Abtrennarbeit ΔU = 2088 kJ aufzuwenden. Dieselbe Energiemenge wird bei der Kondensation wieder frei. Ein Verdampfungs-Kondensations Zyklus (Zirkulation) findet technisch beispielsweise in heat pipes statt. Eine freie Verdampfungs-Kondensations Zirkulation ist in vielen Hochenthalpielagerstätten ganz maßgeblich für den Wärmetransport von unten nach oben und sorgt dafür, dass hier die Temperaturen über große Tiefenbereiche nahezu konstant (100°C + Druckkorrektur) sind.
Ähnliches gilt für den Übergang fest - flüssig, also bei Wasser: gefrieren und tauen.
Bedeutung in der Geothermie
Latenter Wärmetransport spielt in der Tiefengeothermie besonders bei Zweiphasensystemen eine entscheidende Rolle. Durch ihn werden erhebliche Mengen an Wärmeenergie über größere isotherme Tiefenbereiche transportiert. Es entstehen Verdampfung- Verflüssigungs (Kondensations) Zirkulationen.
In der Oberflächennahen Geothermie spielen latente Wärmemengen bei Erdsonden, ausgebildet als heat pipes und Direktverdampfern eine Rolle. Gefrieren und tauen spielt auch dann eine Rolle, wenn Erdwärmesonden in den Minusbereich gefahren werden oder aber wenn Eisspeicher gezielt angelegt werden.
Weblink
//de.wikipedia.org/wiki/Latente_Wärme
zuletzt bearbeitet Januar 2020, Änderungs- oder Ergänzungswünsche bitte an
Sensible Wärme
Sensible Wärme ist Wärme die einen direkten Einfluss auf die Temperatur in einem System hat. Sensible Wärme ist daher relativ einfach messbar über die Erfassung der Temperatur über Temperaturfühler. Wärme die keinen direkten Einfluss auf die Temperatur eines Systems hat wird als latente Wärme bezeichnet.
Wärme wird in sensibler Form z. B. in Netzen der Fernwärme, Nahwärme und Fernkälte für den Transport und die Speicherung genutzt wenn kein Phasenübergang beim Wärmeträger auftritt.
Ein Beispiel für die Speicherung sensibler Wärme sind Pufferspeicher die Wasser auf unterschiedlichen Temperaturniveaus vorhalten. Sensible Wärmespeicher sind auf Grund ihres einfachen Aufbaus und Betriebsweise sehr weit verbreitet. Bei der Speicherung sensibler Wärme tritt in der Regel ein höherer Wärmeverlust auf als bei einem Latentwärmespeicher. Bei Latentwärmespeichern ist das Verhältnis zwischen der Temperaturdifferenz des Speichermediums zur Umgebung und gespeicherter Wärmeenergie deutlich geringer. Die spezifische Speicherkapazität von Wasser für sensible Wärme beträgt bei 20 °C pro Kelvin Temperaturänderung 4,18 kJ/kg. Im Gegensatz dazu beträgt die Schmelzenthalpie von Wasser 333 kJ/kg.
Synonym(e):
fühlbare Wärme
Englische Übersetzung(en):
sensible heat
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.
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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