Mikroverkapselte Phasenwechselmaterialien in Wandverbundsystemen: Fid-Bau Portal

Mikroverkapselte Phasenwechselmaterialien in Wandverbundsystemen

Schossig, Peter

Der in den letzten Jahren in Europa stark steigende Energiebedarf zur Gebäudeklimatisierung, insbesondere von Bürobauten, erweist sich zunehmend als Problem beim Einhalten der EU-Klimaziele. Konzepte der passiven Kühlung können hier einen Beitrag leisten, diesen Anstieg zu verlangsamen. Gebäude in Leichtbauweise kamen bisher mangels thermischer Masse für derartige Kühlkonzepte nicht in Frage. Die Integration von Phasenwechselmaterialien (PCM, phase change material) in Baustoffe erhöht selektiv deren thermische Speicherfähigkeit im Raumtemperaturbereich und erweitert damit die Möglichkeiten passiver Kühlkonzepte auf weitere Gebäudetypen. Durch die hohe Speicherdichte bei gleichzeitig geringem Gewicht und geringem Volumen der Phasenwechselmaterialien können dabei die Vorteile der Leichtbauweise wie hohe Flexibilität der Nutzung und geringer Platzbedarf für Innenwände erhalten bleiben. Die Mitte der 90er Jahre entwickelte Schlüsseltechnologie der formaldehydfreien Mikroverkapselung von Paraffinen ermöglicht erstmalig das großtechnische Einbringen von Phasenwechselmaterialien in herkömmliche Baustoffe. Ziel dieser Arbeit war die Charakterisierung dieser neuen Baustoffe und ihre Optimierung für den Einsatz zur passiven Kühlung. Zu diesem Zweck wurde ein Simulationsmodell für Phasenwechselbaustoffe in ein Gebäudesimulationsprogramm integriert und an Messwerten validiert. Durch Parametervariationen mit Hilfe dieses Modells wurden sinnvolle Einsatzgebiete und Grenzen dieser Baustoffe identifiziert und optimale Materialparameter für den Anwendungsfall der passiven Kühlung ermittelt. Mit diesen Kenntnissen wurde eine Auswahl der geeigneten Materialien getroffen und im Labor vermessen. Nach der Integration der PCM in Baustoffe wurden deren Materialeigenschaften auf ihre Eignung für den Einsatz im Bau untersucht. Schließlich wurden diese Baustoffe in Testräume und reale Gebäude eingebracht und eine quantitative Bewertung der Vorteile verschiedener PCM-Baustoffe vorgenommen. Ergebnis dieser Arbeit ist ein validiertes Simulationsmodell für Gebäude mit PCM-haltigen Baustoffen, das durch die Verwendung einer detaillierten Schmelzwärmefunktion eine größere Genauigkeit der Abbildung des PCM-Effektes erlaubt. Dies ermöglichte die Festlegung eines Anforderungsprofils an PCM-haltige Baustoffe zum Einsatzzweck der passiven Kühlung. Durch detaillierte Messungen wurden die prognostizierten Effekte bestätigt. Diese Arbeit dokumentiert, dass PCM-haltige Baustoffe deutliche Effekte auf den Raumkomfort haben und einen Beitrag zur Reduktion des Kühlenergiebedarfs leisten können.