PCM-Ummantelung
Ummantelung von organischen und anorganischen Latentwärmespeichermaterialien
im Rahmen des thematischen BMWA-Verbundes
LowEx – Niedrigexergiesysteme für die Heiz- und Raumlufttechnik
Vorhabenziel
In diesem Vorhaben wurden organische und anorganische Latentwärmespeichermaterialien (engl. PCM: Phase Change Materials) ummantelt. Zur Abdichtung wurde die Oberfläche mit einem diffusionsdichten Lack versiegelt. Anschließend konnten die so versiegelten PCMs in Bau- und Kunststoffplatten eingebracht werden.
Motivation
Der Einsatz von PCMs, speziell in Leichtbauten, kann eine deutliche Verringerung des Energieverbrauchs und der damit verbundenen CO2-Emissionen bewirken.
Geeignete Latentwärmespeichermaterialien weisen einen Phasenübergang im Raumtemperaturbereich (ca. 25 °C) auf. Sie können große Mengen an Wärmeenergie (100…400 kJ/dm3, je nach Material) reversibel aufnehmen und wieder abgeben. Damit wären diese Materialien ideal, um eine große Wärmekapazität bei geringem Masseeinsatz in Leichtbauten einzubringen. Abschätzungen zeigen, dass je nach verwendetem PCM eine Wärmemenge pro Millimeter PCM-Schichtstärke aufgenommen wird, die der Wärmeaufnahme von äquivalent 10 bis 40 mm Beton bei einer Temperaturerhöhung von 5 °C entspricht. Anders ausgedrückt: wenn sich z.B. eine 10 cm-dicke Betonwand um 5 °C erwärmt, hat sich die Temperatur einer 3 mm dicken PCM-Schicht mit einer Schmelzenthalpie von 333 kJ/dm3 noch nicht erhöht.
Wegen der Vermeidung sommerlicher Temperaturspitzen resultiert ein behaglicheres Raumklima. Gleichzeitig lässt sich der Energieverbrauch zur Klimatisierung der in Leichtbauweise errichteten Gebäude deutlich reduzieren. Bei einer Kombination der PCM-Elemente mit einer effizienten Nachtlüftung kann auf eine Klimatisierung sogar ganz verzichtet werden.
Auf Grund dieser hervorragenden thermischen Eigenschaften wurden bereits ausführliche Untersuchungen im Rahmen des BMWA-Leitprojektes Innovative PCM-Technologie durchgeführt, die diese Überlegungen experimentell bestätigen. Bei den Pilotversuchen hat sich allerdings gezeigt, dass derzeit kommerziell verfügbare PCMs nicht einfach in Bauplatten oder andere Materialien integrierbar sind.
Ummantelung von PCMs
Die PCMs werden in offenporige poröse Granulate im Millimeterbereich eingebracht, die anschließend umhüllt werden, um ein Auslaufen der PCMs im flüssigen Zustand zu verhindern. Die so ummantelten Granulate lassen sich schließlich in Bauplatten integrieren (Abb. 1). Diese Makroverkapselungen sind relativ preisgünstig und es können neben Paraffinen auch Salzhydrate verkapselt werden.
Abb. 1: Ummantelung von PCM in einer Platte.
Beteiligte Unternehmen und Forschungsinstitute
Dr.-Ing. K. Fieback
Tel.: 0049 – 3361/59 – 350
e-mail: klaus.fieback@rubitherm.de
Dipl.-Ing. A. Meißner
Tel.: 0049 – 391/6310 – 007
e-mail: meissner@fundb-gmbh.de
Dr. J. Schneider
Tel.: 0049 – 3328/330 – 280
e-mail: schneider@epc.izm.fraunhofer.de
Dr. J. Manara
Tel.: 0049 – 931/70564 – 46
e-mail: manara@zae.uni-wuerzburg.de
Laufzeit des Projekts: Oktober 2004 bis September 2007
Dieses Projekt wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit in Zusammenarbeit mit dem Projektträger Jülich unter den Förderkennzeichen 0327370L und 0327370M.
Ansprechpartner
Dr. J. Manara
Tel.: ++49-931/70564-46
e-mail: manara@zae.uni-wuerzburg.de
Dipl.-Phys. M. Reidinger
Tel.: ++49-931/70564-39
e-mail: reidinger@zae.uni-wuerzburg.de