Baustoffe mit Phasenwechselmaterialien als Kältespeicher für energieeffiziente Gebäude: Fid-Bau Portal

Baustoffe mit Phasenwechselmaterialien als Kältespeicher für energieeffiziente Gebäude

Haussmann, Thomas / Schossig, Peter

Der steigende Energiebedarf für die Gebäudekühlung wird durch die Tendenz verstärkt, neue Gebäude mit großen Fensterflächen und in Leichtbauweise zu errichten. Die fehlende thermische Speichermasse führt dabei zu einer schnellen Überhitzung der Gebäude, der durch energieaufwändige Kälteanlagen entgegengewirkt werden muss. Eine Möglichkeit diesen Kühlenergiebedarf zu reduzieren, den Nutzerkomfort aber gleichzeitig zu erhalten, liegt in dem Einsatz von Phasenwechselmaterialien (PCM = Phase change materials). Überschusswärme wird hierbei in einem Phasenwechsel (fest/flüssig) latent, das heißt ohne Eigenerwärmung des Speichermaterials selbst, zwischengespeichert und nachts wieder abgegeben. Das PCM wird im Innenbereich des Gebäudes angewendet, indem es konventionellen Baustoffen, wie z.B. Putzen, Spachtelmassen und Trockenbauplatten zugegeben wird. Als PCM kommen hauptsächlich zwei Materialklassen in Frage: Salzhydrate und Paraffine. Salzhydrate verfügen über eine hohe Energiespeicherkapazität und sind nichtbrennbar, Paraffine sind dagegen ungiftig und reaktionsträge und können wirtschaftlich mikroverkapselt werden. Letzteres ermöglicht es, das PCM im Baustoff definiert zu verteilen, zu immobilisieren und durch die große Oberfläche schnell thermisch zu aktivieren. Die entwickelten Stoffe PCM-Passiv, Maxit clima und Caparol werden vorgestellt und in ihren Eigenschaften beschrieben. Als Produkt für den Trockenbau wurde eine PCM-Gipskartonplatte von BASF entwickelt, die unter dem Markennamen 'Smartboard' vertrieben wird. Enthalten sind ca. 20 Gewichts-% PCM. Die Gipskartonplatten eignen sich sowohl für den Neubau, als auch für Renovierungsvorhaben. Für Neubauten wurde von BASF in Zusammenarbeit mit H+H Celcon ein Porenbetonstein mit integriertem PCM entwickelt, der seit Mitte 2006 auf dem Markt ist. Latenter Wärmespeicherbaustoff kann sich in heißen Sommernächten nicht entladen und stehen somit am nächsten Tag nicht zur Verfügung, zudem limitiert der Wand-Luft-Wärmeübergang die Wärmemenge. In einem aktuellen Forschungsprojekt werden daher aktiv durchströmte Flächenkühlsysteme in Kombination mit PCM-Baustoffen untersucht. Als erstes System werden Kühldecken untersucht, die auf maxit clima basieren. Dazu werden Kapillarrohrmatten in die Putzschicht integriert, die mit Wasser durchströmt werden. Inzwischen gibt es für die Auslegung ein simulationsbasiertes Design Tool.