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 wurde die Praxistauglichkeit von PCM in Gebäuden getestet und wissenschaftlich evaluiert. Ein Teilprojekt befasste sich mit PCM in Lüftungssystemen. Dazu wurden solche Systeme in gewöhnlich genutzte Gebäuden eingebaut und ihre Performance untersucht. Die Ergebnisse liegen jetzt vor.
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 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:
- PCM in Flächenkühlsystemen für Nichtwohngebäude
- PCM in Lüftungssystemen für Nichtwohngebäude
- PCM für Wärmespeicher für Heizung und Trinkwarmwasser
Im Folgenden ging es in diesem Teilprojekt um PCM in Lüftungssystemen.
Phasenwechselmaterialien sind für passive und aktive Lüftungsgeräte einsetzbar. In passiven Systemen kühlt PCM die durchströmende Zuluft – und lädt sich dadurch mit Wärme auf. Das Phasenwechselmaterial „entlädt“ sich außerhalb der Nutzungszeit, in der Nacht, über durchströmende kühle Außenluft. Zur Entladung wird ein Ventilator benötigt. Aktive Systeme werden zusätzlich von einem Kältefluid (meist: Kaltwassersatz) durchströmt und können aktiv und schneller entladen werden. Zudem kann die Kühlungswirkung der Systeme zu Zeiten mit hohem Wärmeeintrag kurzfristig gezielt erhöht werden.
Ziel des vorliegenden Projektes war es, in einer Reihe von Referenzobjekten ein Langzeitmonitoring für PCM-Lüftungssysteme zu etablieren, um wissenschaftlich belastbare Messdaten auswerten zu können. Damit sollten die Voraussetzungen zur objektiven Bewertung der Systeme geschaffen und geeignete Anwendungsszenarien aufgezeigt werden.
Installation von PCM-Speicherplatten für eine hinterlüftete Kühldecke
© ZAE Bayern
Fertig installierte Lüftungsanlage mit Luftauslässen für den Umluftbetrieb (rechts)
© ZAE BayernForschungsfokus
Im Fokus des Teilprojektes stand die Untersuchung von passiven und aktiven Lüftungssystemen mit PCM zur Raumkühlung. Anhand von Messdaten wurden belastbare Systemkennwerte ermittelt und das energetische Potenzial solcher Systeme untersucht.
Im Rahmen des Projektes wurden neben einer hinterlüfteten Kühldecke mit PCM in einem Besprechungsraum auch PCM-Lüftungskompaktspeichergeräte und PCM-Brüstungsmodule in Büroräumen untersucht. Die hinterlüftete Kühldecke mit PCM wurde bereits im Rahmen eines Vorgängerprojektes installiert. Hierbei konnten Kühlleistungen von 15-30 W/m² bei Raumtemperaturen von 26-28°C ermittelt werden. Jetzt sollte die Regeneration des PCM mittels Nachtlüftung optimiert werden.
Nach Inbetriebnahme der Messtechnik folgte das Monitoring der 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.
Deckenlufteinlässe und automatischer Aktor zur Öffnung der Fenster für den Regenerationsbetrieb
© ZAE Bayern
Kühlleistung der hinterlüfteten Kühldecke mit PCM als Funktion der operativen Raumtemperatur
© ZAE BayernAnwendung
Schon seit einigen Jahren sind verschiedene Produkte und Systeme marktverfügbar. So auch folgende im Forschungsprojekt begutachtete Systeme:
- PCM-Speicherplatte: Diese Metallverkapselung kann vom Hersteller Rubitherm mit verschiedenen PCM ausgerüstet und in vielfältiger Weise eingesetzt werden.
- PCM-Kompaktspeicher: Der Speicher des Herstellers Rubitherm ist mit PCM-Speicherplatten ausgerüstet und für den Einsatz in Lüftungsanlagen entwickelt worden.
- PCM-Speicherelement: Im Rahmen des Projektes wird der Hersteller va-Q-tec sowohl Phasenwechselmaterialien als auch dafür geeignete Verkapselungen zur Anwendung im Gebäudebereich entwickeln.
