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Kurztitel: PCM-Demo II
Ausführende Stelle: va-Q-tec AG - Zweigwerk Kölleda - Innovation & Technologie
Förderinitiative: Energieoptimiertes Bauen (EnOB)
Laufzeit: 06/2015 bis 06/2019
Bewilligte Summe: 365.485 €
Förderkennzeichen: 03ET1240M
Themen: Heizen, Lüften, Kühlen, Neue Materialien
Innovation: Langzeitmonitoring des PCM-Einsatzes in Gebäuden
Schlagworte:
PCM

Quintessenz

  • Einbau von PCM in Lüftungsgeräte erhöht deren Kühlwirkung – sowohl im Umluft- als auch im Frischluftbetrieb
  • Projekt evaluiert passive und aktive Lüftungssysteme mit integrierten PCM
  • Konkret wurde eine hinterlüftete Kühldecke mit PCM sowie ein Lüftungskompaktspeichergerät und Brüstungsmodule in Büroräumen untersucht
  • 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 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:

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.

Performance von Lüftungssystemen mit PCM: Zu sehen ist die Installation von PCM-Speicherplatten für eine hinterlüftete Kühldecke.

Installation von PCM-Speicherplatten für eine hinterlüftete Kühldecke

© ZAE Bayern
Performance von Lüftungssystemen mit PCM: Zu sehen ist eine fertig installierte Lüftungsanlage mit Luftauslässen für den Umluftbetrieb (rechts).

Fertig installierte Lüftungsanlage mit Luftauslässen für den Umluftbetrieb (rechts)

© ZAE Bayern

Forschungsfokus

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.

Performance von Lüftungssystemen mit PCM: Zu sehen sind Deckenlufteinlässe und der automatische Aktor zur Öffnung der Fenster für den Regenerationsbetrieb.

Deckenlufteinlässe und automatischer Aktor zur Öffnung der Fenster für den Regenerationsbetrieb

© ZAE Bayern
Performance von Lüftungssystemen mit PCM: Zu sehen ist die Kühlleistung der hinterlüfteten Kühldecke mit PCM als Funktion der operativen Raumtemperatur.

Kühlleistung der hinterlüfteten Kühldecke mit PCM als Funktion der operativen Raumtemperatur

© ZAE Bayern

Anwendung

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.

Letzte Aktualisierung: 27. März 2017

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