In diesem Vorhaben soll die Markteinführung von Bauprodukten
und Systemen, die Latentwärmespeichermaterialien (engl.
PCM: Phase Change Materials) beinhalten, unterstützt und
angeschoben werden. PCM-Systeme können zur passiven Raumkühlung
sowie zur Reduktion von Temperatur- und Kühllastspitzen
eingesetzt werden.
Die Systeme werden in Demonstrationsgebäude eingebaut und
unter praxisnahen Bedingungen vermessen. Neben der Produktentwicklung
liegt der Fokus des Forschungsvorhabens primär auf dem
Demonstrationscharakter. Ziel ist die Unterstützung der
Markteinführung der PCM-Systeme durch Errichtung entsprechend
ausgestatteter Referenzgebäude. Diese werden der interessierten
Öffentlichkeit zugänglich gemacht und in den Medien
werbewirksam präsentiert (Internet, Fachzeitschriften,
Tagungen, etc.). |
Die messtechnische Erfassung der Systemeigenschaften erlaubt
die Validierung von Simulationstools und die Erstellung fundierter
Auslegungsrichtlinien. Die Rückkopplung der Gebäudenutzer
gibt unmittelbare Hinweise zur Akzeptanz der Produkte. Dies
zeigt Herstellern und Planern wertvolle Optimierungsmöglichkeiten
auf. Eine Auswertung der Messdaten hinsichtlich Energieeinsparung
erlaubt den Energieversorgern die Integration der PCM-Systeme
in ihre Energieberatertätigkeit. Anhand der gemessenen
Lastverschiebung führen Energieversorger eine energiewirtschaftliche
Analyse durch, um die Auswirkungen eines breiten Einsatzes
von PCM-Systemen auf die Kraftwerks- und Netzkapazitäten
zu beurteilen.
PCM-Systeme
Hinterlüftete Kühldecke mit PCM
PCM-Folienbeutel mit Salzhydraten werden bereits in passiven
Kühldeckensystemen aus Metall eingesetzt (Metallkassettendecke).
Solche Systeme sind einfach zu installieren (s. Bild) und erbringen
rein passiv Kühlleistungen von 25 bis 40 W/m2.
Bestückung einer Metallkassettendecke mit PCM-Folienbeuteln.
Aufgrund der geringeren Wärmeleitfähigkeit von z.B.
Gipskartonplatten nimmt die Kühlleistung eines solchen
Systems bei abgehängter Konstruktion in Nichtmetallbauweise
deutlich ab. Eine aktive Hinterlüftung wird hier zwingend
notwendig. Die nächtliche Regeneration des Systems erfolgt
mit kühler Außenluft.
Berechneter Temperaturverlauf eines Büroraumes mit
hinterlüfteter Deckenkonstruktion mit PCM. Zum Vergleich
sind die Temperaturen ohne PCM mit eingezeichnet. Die Spitzentemperaturen
können durch das PCM um rund 2K reduziert werden.
In zwei Büroräumen der EnBW in Karlsruhe sowie
einem Besprechungsraum der Universität Würzburg
wurden solche hinterlüfteten Kühldecken mit PCM
eingebaut. Die Einbringung der Kühlleistung erfolgt tagsüber
im Umluftbetrieb, die Regeneration des PCM nachts durch Ansaugen
kühler Außenluft.
Einbringung der PCM-Platten in die abgehängte Deckenkonstruktion
(links) und erforderliche Lüftungstechnik zur Hinterlüftung
(rechts).
Wasserdurchströmte Kühldecke mit PCM
Wasserdurchströmte Kühldecken in abgehängter
Bauweise erreichen hohe Kühlleistungen (rund 100 W/m2)
bei kurzen Ansprechzeiten, erfordern dadurch jedoch oft hohe
Spitzenlasten bei der Kältebereitstellung. Durch die
Integration von PCM lässt sich tagsüber zu Zeiten
der Kühllastspitzen eine rein passive Grundkühlleistung
von rund 40 W/m2 sicherstellen. Während der
Nacht wird das PCM dann durch kühles Wasser regeneriert.
Auf diese Weise lassen sich tagsüber Lastspitzen vermeiden
und die Kühllast wird vergleichmäßigt. Vor
allem bei der Kältebereitstellung über Geothermie
(Erdsonden) ergeben sich hier Vorteile, da die Erdsonden auf
die Spitzenlasten ausgelegt werden müssen. Kombiniert
man das PCM-System mit konventioneller Technik (PCM-Module
nur in Teilbelegung) behält man auch weiterhin die Vorteile
der kurzen Ansprechzeiten und muss nur noch die Spitzenlasten,
die über die Grundlast hinausgehen, abfangen.
In einem Hörsaal der Hochschule für Technik Stuttgart
sowie zwei Büroräumen des Rathauses Kassel werden
wasserdurchströmte Kühldecken mit PCM eingebaut.
Die Kühlleistung wird tagsüber rein passiv in die
Räume eingebracht, zur Regeneration des PCM werden die
Kühldecken nachts mit kaltem Wasser durchströmt.
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Kühldecke mit PCM
im Hörsaal in Stuttgart. Die Kühldeckenelemente
wurden abhängbar ausgeführt, um auch nach
der Installation noch eine gute Zugangsmöglichkeit
zum PCM zu gewähren. |
Sonnenschutz mit PCM
Innenliegende Sonnenschutzsysteme werden
großflächig eingesetzt (keine Windlasten, kostengünstig),
weisen jedoch im Vergleich zu außenliegenden Systemen
einen höheren Energieeintrag (g-Wert) auf. Zusätzlich
erwärmen sich innenliegende Systeme bei Sonneneinstrahlung
stark, so dass sich Raumnutzer in Fensternähe zusätzlich
durch die Wärmeabstrahlung der Lamellen thermisch unbehaglich
fühlen. Abhilfe schafft hier ein innenliegender Sonnenschutz
mit PCM. Vorteile sind geringere Jalousietemperaturen und
ein reduzierter Wärmeeintrag in den Raum. Die PCM-Menge
ist so ausgelegt, dass man einen sonnigen Sommertag auf der
Südfassade komplett abpuffern kann. Die Regeneration
des PCM erfolgt über Nacht durch kühle Außenluft.
Berechnete Häufigkeit der operativen Raumtemperatur
eines großflächig verglasten Büroraumes mit
Wärmeschutzverglasung (WSV) und Sonnenschutz mit und
ohne PCM. Der PCM-Sonnenschutz reduziert die Zeiten hoher
Raumtemperaturen deutlich.
Ein Sonnenschutz mit PCM wurde in vier Büroräumen
(2 im Rathaus Kassel sowie 2 weitere im EnBW-Gebäude
in Karlsruhe) installiert. Der Sonnenschutz ist als Vertikalbehang
ausgeführt, in den Lamellen befindet sich eine PCM-Schicht
von rund 1 cm Dicke. Die Wirkungsweise ist rein passiv: tagsüber
werden die PCM-Lamellen wie ein konventioneller Behang von
den Raumnutzern bedient und speichern überschüssige
solare Einstrahlung, nachts ermöglichen gekippte Fenster
bzw. Außenluftklappen die Regeneration des PCM.
PCM-Sonnenschutz in einem Büroraum in
Karlsruhe
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