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24-06-2019 | Fassade | Im Fokus | Article

Phasenwechselmaterialien statt Klimaanlagen

Author:
Christoph Berger

Laut der International Energy Agency wird weltweit etwa ein Zehntel der gesamten Energie für die Klimatisierung von Gebäuden verwendet. Zu einer Reduzierung der Klimaanlagen könnten Phasenwechselmaterialien beitragen.

"Die Reduktion von Treibhausgasen (THG) und Energiebedarfen spielt eine zentrale Rolle in der nationalen und internationalen Energiepolitik", schreiben die Autoren des Fachbeitrags "Zeitgemäße Wandkonstruktionen: Zur ökonomischen und ökologischen Nachhaltigkeit monolithischer Bauweisen" in der Springer-Fachzeitschrift "Zeitschrift für Immobilienökonomie". So würden die angestrebten Reduktionen nicht nur die Stromversorgung und Mobilität umfassen, sondern auch Gebäude. Als eine Maßnahme wird in diesem Kontext zum Beispiel die Wärmespeicherung mittels Phasenwechselmaterialien genannt.

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Um was handelt es sich bei Phasenwechselmaterialien? Dies wird im Kapitel "Hightech im Bauwesen: Anwendung der Nanotechnologie in Architektur und Bauwesen" des Springer-Fachbuchs "Bauchemie" erläutert: "Bei der Speicherung von Wärme tritt gewöhnlich im Speichermaterial eine Temperaturerhöhung auf, die sich proportional zur gespeicherten Wärmemenge verhält. Da die gespeicherte Wärme zu fühlen ist, wird diese Form der Wärmespeicherung als fühlbare oder sensible Wärmespeicherung bezeichnet. Bei der latenten Wärmespeicherung wird die Wärme dagegen von einem Material gespeichert, bei dem ein Phasenübergang erfolgt, zum Beispiel vom festen in den flüssigen Zustand. Man spricht deshalb von Phasenwechselmaterialien (engl. Phase Change Materials, PCM). Nach dem Erreichen der Phasenübergangstemperatur bleibt die Temperatur trotz weiterer Wärmezufuhr solange konstant, bis das Speichermaterial vollständig geschmolzen ist. Erst dann steigt die Temperatur weiter an. Die während des Phasenübergangs eingespeicherte Wärme bezeichnet man als 'versteckte' oder latente Wärme. Für den Phasenübergang fest-flüssig entspricht die latente Wärme der Schmelz- oder Kristallisationswärme."

Mehr Wärmespeicherung als Beton

Den Einsatz solcher Materialien statt der von Klimaanlagen haben auch Ingenieure der Griffith University in Australien untersucht und ein einjähriges Experiment durchgeführt, dessen Ergebnisse sie nun veröffentlichten. Das neuartige Material könne Wärme absorbieren, um Gebäude zu kühlen und so die starke Abhängigkeit von Klimaanlagen reduzieren. "PCMs speichern bei einem bestimmten Volumen ein Mehrfaches an Wärme als herkömmliche Baustoffe wie Beton. Sie haben auch eine sehr lange Lebensdauer", sagt Studien-Ko-Autor Dr. Ruwan Fernando.

Das Wissenschaftler-Team führt innerhalb des Jahres mit einer eigens entwickelten Software mehr als 37.000 Simulationen durch. Dabei konnte mithilfe der gewonnenen Daten die Wärmeleistung unterschiedlichster Konstruktionen im Laufe eines Jahres anhand realer Wetterdaten detailliert beschrieben werden. Das Ergebnis ist erst einmal auf Australien bezogen, lässt sich aber bestimmt auf gleiche Klimazonen adaptieren: Für einige australische Klimazonen könnten Phasenwechselmaterialien sehr vorteilhaft sein und einen guten Return on Investment bieten, wenn das richtige Material und die richtige Konfiguration gewählt würden.

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