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Kurztitel: PCM-Demo II
Ausführende Stelle: Deerns Deutschland GmbH - Niederlassung Köln
Förderinitiative: Energieoptimiertes Bauen (EnOB)
Laufzeit: 07/2014 bis 06/2019
Bewilligte Summe: 109.500 €
Förderkennzeichen: 03ET1240H
Themen: Heizen, Lüften, Kühlen, Neue Materialien
Innovation: Evaluierung verschiedener PCM-Systeme in Gebäuden im realen Langzeitbetrieb
Schlagworte:
PCM

Quintessenz

  • Zugabe von PCM erhöht Kühlwirkung und Raumkomfort von Flächenkühlsystemen
  • Projekt evaluierte passive und aktive Flächenkühlsysteme mit integrierten PCM
  • Konkret untersucht wurden sogenannte Komfortboards mit PCM in einem Kindergarten sowie ein PCM-Kühldeckensystem in Schulungsräumen
  • Auf Basis von Messdaten wurden Systemkennwerte ermittelt und das energetische Potenzial der Systeme bewertet

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.

Projektkontext

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.

Performance von Flächenkühlsystemen mit PCM: Zu sehen ist 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.

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

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.

Performance von Flächenkühlsystemen mit PCM: Dieser Kindergarten wurde mit PCM-haltigen Komfortboards ausgerüstet, denn diese können ohne merkliche Temperaturerhöhung viel Wärme absorbieren und damit zur Temperierung des Raumes beitragen. Zu sehen ist das Logo des Kindergartens auf einer Außenwand.

Dieser Kindergarten wurde mit PCM-haltigen Komfortboards ausgerüstet, denn diese können ohne merkliche Temperaturerhöhung viel Wärme absorbieren und damit zur Temperierung des Raumes beitragen.

© Fraunhofer ISE
Performance von Flächenkühlsystemen mit PCM: PCM-haltige Komfortboards sind seit einigen Jahren am Markt erhältlich. Hier auf einer Baustelle Platten mit einer Phasenwechseltemperatur von 23°C zu sehen sind (Knauf Komfortboard 23).

PCM-haltige Komfortboards sind seit einigen Jahren am Markt erhältlich. Hier auf einer Baustelle Platten mit einer Phasenwechseltemperatur von 23°C zu sehen sind (Knauf Komfortboard 23).

© ZAE Bayern

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.

Letzte Aktualisierung: 28. März 2017

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