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PCM - Speichern ohne Masse. Phase Changing Materials: Heizen und Kühlen ohne Energieverbrauch

Alle, Nicole

Phase Changing Materials (PCM) sind Stoffe, die durch Übergang vom festen zum flüssigen Aggregatzustand Wärme beziehungsweise Kälte speichern (Schmelzenthalpie) und diese zeitverzögert in den Raum abgeben zu können. Das prädestiniert sie zur passiven Klimaregelung in Gebäuden, da sie ohne energetischen Einsatz im Betrieb Spitzentemperaturen in beide Richtungen abfangen und gleichzeitig eine Reduzierung der Außenwandstärke erlauben. Eis- und Schneespeicher sind die einfachsten Formen von PCM, zur Raumklimatisierung sind aber Materialien mit Schmelzpunkt im Bereich der Raumtemperatur erforderlich. In der Baupraxis haben sich zwei Stoffe durchgesetzt: organische PCM in Form langkettiger Kohlenwasserstoffmoleküle (Paraffine = Kerzenwachs) und Salzhydrate. Beide lassen sich in ihrem Aggregat-Zustandswechsel auf die gewünschte Temperatur hin konfektionieren. Um das schmelzende Wachs sicher in den Baustoff zu integrieren, werden die 2-20 Mikrometer kleinen Wachskügelchen mit einer Kunststoffhülle ummantelt. Die daraus hergestellten Baustoffe können geschliffen, durchbohrt oder geschnitten werden; dank der geringen Durchmesser sind diese Kügelchen mechanisch nahezu unzerstörbar. Die chemisch gutmütigen Paraffine sind allerdings brennbar, was mit einer feuerhemmenden Beschichtung kompensiert wird. Das korrosive Salzhydrat dagegen wird meist in Behälter mit einer Kunststoffschicht gefüllt. Zwei Zentimeter PCM-haltiger Baustoff entspricht der thermischen Speicherkapazität von etwa 18 cm Betonwand, so dass im Zusammenspiel mit Vakuumdämmstoffen Fassadenkonstruktionen von nicht mehr als 5 cm Stärke möglich sind, die 40 cm dicken konventionellen Wandaufbauten entsprechen. Die Temperatur im Speichermedium ist während des Phasenüberganges konstant, die Wärme wird ja latent über den Aggregatzustand gespeichert beziehungsweise abgegeben. Verfügbar sind PCM als präparierte Innenputze aus Gips und Lehm, als Gipskartonplatten, Farben, Spachtelmassen, Schaumglasplatten, Lüftungspaneele oder auch als Speichertanks für Solaranlagen. Genau definierte Güte- und Prüfungsbestimmungen sorgen für einheitliche Materialeigenschaften. Wenn die Temperaturbedingungen einen passiven Betrieb nicht zulassen - beispielsweise, wenn in Sommernächten die Temperatur nicht tief genug für den Phasenübergang wird - können aktive Systeme eingesetzt werden, bei denen der Zeitpunkt und die Geschwindigkeit des Entladens durch die gezielte Zufuhr von Kühlenergie gesteuert werden, und zwar durch eingelegte Wasserrohre oder kühle Luftströme aus Ventilatoren. Zahlreiche Praxisbeispiele illustrieren die Anwendungsreife des Konzeptes und zeigen, dass noch viele Weiterentwicklungen zu erwarten sind.