Wat is latente warmteoverdracht?

De overgangen tussen de vaste, vloeibare en gasvormige fasen van een materiaal brengen grote hoeveelheden energie met zich mee. De energie die nodig is voor de overgang staat bekend als latente warmteoverdracht. Onlangs hebben onderzoekers op het gebied van alternatieve energie gekeken naar manieren waarop deze latente warmteoverdracht kan worden gebruikt om energie op te slaan totdat het nodig is. Een onderzoek van het Department of Energy (DOE) overweegt bijvoorbeeld of geconcentreerde zonne-energie gesmolten zout zou kunnen gebruiken voor de opslag van thermische energie.

Wanneer twee stoffen met verschillende temperaturen met elkaar in contact worden gebracht, geeft de stof met de hoogste temperatuur warmte af aan de stof met de lagere temperatuur in een proces dat 'verstandige warmteoverdracht' wordt genoemd. Als de zon bijvoorbeeld ondergaat, wordt de lucht kouder en koeler dan de grond. De grond geeft een deel van zijn warmte af aan de lucht, waardoor de grond kouder wordt en de lucht warmer.

Op het punt waar een van de stoffen klaar is om van toestand of fase te veranderen (vast naar vloeibaar, vloeibaar naar gas, enz.), wordt warmte overgedragen van de ene stof zonder een overeenkomstige temperatuurverschuiving in de andere stof. Dit proces van het afgeven of absorberen van warmte zonder van temperatuur te veranderen, staat bekend als "latente warmteoverdracht".

De hoeveelheid warmte die aan een vloeistof moet worden toegevoegd om deze in een gas te veranderen (d.w.z. water in stoom) wordt de "latente verdampingswarmte" genoemd, terwijl de hoeveelheid warmte die aan een vaste stof moet worden toegevoegd om deze in een vloeistof te veranderen (ijs in water) is de "latente smeltwarmte". De hoeveelheid energie die moet worden toegevoegd om de fase van één gram van een stof te veranderen is veel groter dan de energie die nodig is om de temperatuur van één gram van dezelfde stof één graad te verhogen Celsius. De energie die nodig is om een ​​gram één graad te verhogen, wordt de "soortelijke warmte" van de stof genoemd. Water heeft een soortelijke warmte van 1 calorie/gram °C en een smeltwarmte van 79,7 cal/gram.

Bij latente warmteoverdracht gaat geen energie verloren. Zo zorgt het smelten van ijs ervoor dat latente warmte wordt geabsorbeerd. Wanneer water bevriest, komt de latente warmte vrij. Evenzo, wanneer water verdampt, absorbeert het energie, maar wanneer water condenseert, komt de energie vrij.

Veel alternatieve energiebronnen zijn beperkt omdat ze niet kunnen zorgen voor een constante energieproductie. Zonnegeneratoren produceren alleen als de zon schijnt, en windturbines werken uiteraard alleen als het waait. Dit heeft geleid tot meer onderzoek naar goedkope en effectieve manieren om de energie op te slaan tot nodig (bijvoorbeeld om overtollige zonne-elektriciteit op te slaan die op een zonnige dag wordt geproduceerd om te gebruiken tijdens de nacht).
Systemen voor thermische energieopslag met latente warmte (LHTES) kunnen grote hoeveelheden energie opslaan en afvoeren wanneer stoffen smelten en stollen. Aanvullend onderzoek is nodig om te beslissen welke materialen de juiste eigenschappen hebben waardoor alles, van auto's tot fabrieken, effectief gebruik kan maken van latente warmteoverdracht.