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Kurztitel: PCM-Demo II - Flächenkühlsysteme
Förderkennzeichen: 03ET1240H
Status: Laufend
Laufzeit: 07/2014 bis 06/2019
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 evaluiert passive und aktive Flächenkühlsysteme mit integrierten PCM
  • Konkret untersucht werden sogenannte Komfortboards mit PCM in einem Kindergarten sowie ein PCM-Kühldeckensystem in Schulungsräumen untersucht
  • Auf Basis von Messdaten werden 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 soll nun die Praxistauglichkeit von PCM in Gebäuden getestet und wissenschaftlich evaluiert werden. Ein Teilprojekt befasst sich mit PCM in Flächenkühlsystemen. Dazu werden 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 soll nun die Praxistauglichkeit der marktverfügbaren Produkte und Systeme getestet und wissenschaftlich evaluiert werden. Dazu werden die Systeme in gewöhnlich genutzte Gebäude eingebaut und deren Performance untersucht. Hierfür kooperieren mehrere Forschungsinstitute mit mittelständischen Unternehmen mit dem Ziel, die Anwendung der innovativen Materialien und Gebäudekomponenten im Neubausektor und in der Sanierung zu befördern.

Dabei geht 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 ist 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.

Forschungsfokus

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

Im Rahmen des Projektes werden 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 folgt das Monitoring beider PCM-Systeme über einen längeren Zeitraum. Es gliedert sich in zwei Abschnitte: Zum einen erfolgen die Messungen unter realen Nutzungsbedingungen. Ergänzend werden Messdaten unter definierten Bedingungen ohne Nutzereinfluss erhoben, als beispielsweise an den Wochenenden. Letzteres erlaubt die Bestimmung von Systemkenndaten, ersteres dient der Erfassung des Nutzerverhaltens, der Systemperformance und der Nutzerakzeptanz.

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

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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