Phasenwechselmaterialien (PCM) werden im Bauwesen erst vereinzelt genutzt, obwohl verschiedene Produkte und Systeme schon seit einigen Jahren marktverfügbar sind. Mit dem Forschungsprojekt PCM-Demo II sollte die Praxistauglichkeit von PCM in Gebäuden getestet und wissenschaftlich evaluiert werden. Ein Teilprojekt befasste sich mit PCM in Flächenkühlsystemen. Dazu wurden solche Systeme in gewöhnlich genutzte Gebäuden eingebaut und ihre Performance genauer untersucht.

Phasenwechselmaterialien (PCM) werden schon seit vielen Jahren für den Einsatz in Gebäuden erforscht. Sie können helfen, den Raumkomfort oder die Effizienz von Lüftungs-, Klimatisierungs- oder Heizungssystemen zu verbessern. In einem ersten grundlegenden Projekt 2006 bis 2009 wurden in einem breiter angelegten EnOB-Forschungsprojekt verschiedene Anwendungen getestet und evaluiert. Seitdem sind im Bauwesen verschiedene Produkte und Systeme mit PCM marktverfügbar, sie werden aber erst vereinzelt genutzt.

Mit diesem Forschungsprojekt sollte nun die Praxistauglichkeit der marktverfügbaren Produkte und Systeme getestet und wissenschaftlich evaluiert werden. Dazu wurden die Systeme in gewöhnlich genutzte Gebäude eingebaut und deren Performance untersucht. Hierfür kooperierten mehrere Forschungsinstitute mit mittelständischen Unternehmen mit dem Ziel, die Anwendung der innovativen Materialien und Gebäudekomponenten im Neubausektor und in der Sanierung zu befördern.

Dabei ging es um folgende Systeme:

Im Folgenden geht es in diesem Teilprojekt um PCM in Flächenkühlsystemen. Phasenwechselmaterialien sind für passive und aktive Flächenkühlsystemen einsetzbar. Passive Systeme „entladen“ sich nach einer Wärmeperiode über die Temperaturdifferenzen zur Umgebung von selbst, die Wärme wird über Konvektion und Strahlung abgeführt. Ein Beispiel hierfür sind die sogenannten Komfortboards. Aktive Systeme werden zusätzlich von einem Kältefluid durchströmt und können gezielt und schnell entladen werden. Zudem kann die Kühlungswirkung der Systeme zu Zeiten mit hohem Wärmeeintrag kurzfristig gezielt erhöht werden. Ein Beispiel hierfür sind PCM-Kühldecken.

Ziel des vorliegenden Projektes war es, in einer Reihe von Referenzobjekten ein Langzeitmonitoring für PCM-Flächenkühlsysteme zu etablieren, um wissenschaftlich belastbare Messdaten auswerten zu können. Damit sollen die Voraussetzungen zur objektiven Bewertung der Systeme geschaffen und geeignete Anwendungsszenarien aufgezeigt werden.

Die Kühldecke in einem Schulungsraum der Landesversicherungsanstalt Münster mit vertikal aufgehängten Strangpressprofilen aus Aluminium erweitert, die mit Phasenwechselmaterialien (PCM) gefüllt sind. Die vertikale Ausrichtung der PCM-haltigen Profile erhöht die Kühlwirkung der Kühldecke, die regulär passiv und in Wärmeperioden aktiv betrieben werden kann.
© Fraunhofer ISE
Die Kühldecke in einem Schulungsraum der Landesversicherungsanstalt Münster mit vertikal aufgehängten Strangpressprofilen aus Aluminium erweitert, die mit Phasenwechselmaterialien (PCM) gefüllt sind. Die vertikale Ausrichtung der PCM-haltigen Profile erhöht die Kühlwirkung der Kühldecke, die regulär passiv und in Wärmeperioden aktiv betrieben werden kann.

Forschungsfokus

Im Fokus des Teilprojektes stand die Untersuchung von PCM in Flächenkühlsystemen zur Raumkühlung mittels Konvektion und Strahlung. Anhand der Messdaten wurden belastbare Systemkennwerte ermittelt und das energetische Potenzial solcher Systeme untersucht.

Im Rahmen des Projektes wurden neben Komfortboards in einem Kindergarten auch ein PCM-Kühldeckensystem in Schulungsräumen untersucht. Die Komfortboards wurden bereits in mehreren Projekten eingesetzt. Das Besondere an diesem Projekt ist, dass zwei identische Räume zur Verfügung stehen die einmal mit, einmal ohne PCM ausgerüstet sind und somit einen direkten Vergleich erlauben.

Nach Inbetriebnahme der Messtechnik folgte das Monitoring beider PCM-Systeme über einen längeren Zeitraum. Es gliederte sich in zwei Abschnitte: Zum einen erfolgten die Messungen unter realen Nutzungsbedingungen. Ergänzend wurden Messdaten unter definierten Bedingungen ohne Nutzereinfluss erhoben, beispielsweise an den Wochenenden. Letzteres erlaubte die Bestimmung von Systemkenndaten, ersteres diente der Erfassung des Nutzerverhaltens, der Systemperformance und der Nutzerakzeptanz.

Anwendung

Schon seit einigen Jahren sind verschiedene Produkte und Systeme marktverfügbar. So auch folgende im Forschungsprojekt begutachtete Systeme:

  • Komfortboards: Diese Gipsplatten des Herstellers Knauf enthalten mikroverkapseltes Paraffin und können wie herkömmliche Gipsplatten verarbeitet werden.
  • PCM-Kühldecke: Diese Kühldecke des Herstellers Krantz besteht aus PCM-gefüllten, vertikal aufgehängten Strangpressprofilen aus Aluminium die mit einer Kühlmäander formschlüssig verbunden sind. Die vertikale Ausrichtung der Profile erhöht die zur konvektiven Kühlung nutzbare Oberfläche der Kühldecke. Auf diese Weise kann die Kühldecke Kälte entweder rein passiv durch das PCM bereitstellen (Standardbetrieb), zu Spitzenlastzeiten aber auch zusätzlich mit Kaltwasser durchströmt werden. Die Regeneration des PCM erfolgt in der Regel nachts über eine aktive Durchströmung mit Kaltwasser.
Zuletzt aktualisiert am:
12.07.2021

EnOB: Verbundvorhaben PCM in Demonstrationsanwendungen (PCM-Demo II), Teilvorhaben 5: PCM Kühldecke im Neubau des Landwirtschaftlichen Versicherungsvereins Münster

För­der­kenn­zei­chen: 03ET1240H

Projektlaufzeit
01.07.2014 30.06.2019 Heute ab­ge­schlos­sen

The­men

Heizen, Lüften, Kühlen, Neue Materialien

För­der­sum­me: 96.056,77 €

Kontakt

Projektkoordination, Begleitforschung und wissenschaftliche Öffentlichkeitsarbeit
Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung ZAE
http://www.zae-bayern.de

Tel.: +49(0)931-70564-0

Begleitforschung und Monitoring
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
http://www.ise.fraunhofer.de

Tel.: +49(0)761-4588-0

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