Phasenwechselmaterialien in der Gebäudehülle

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"Bei der Speicherung von Wärme tritt gewöhnlich im Speichermaterial eine Temperaturerhöhung auf, die sich proportional zur gespeicherten Wärmemenge verhält", heißt es im Kapitel "Hightech im Bauwesen: Anwendung der Nanotechnologie in Architektur und Bauwesen" des Springer-Fachbuchs "Bauchemie". Doch anders als bei der fühlbaren oder sensiblen Wärmespeicherung, wird die Wärme bei der latenten Wärmespeicherung von einem Material gespeichert. Bei diesem erfolgt ein Phasenübergang, zum Beispiel vom festen in den flüssigen Zustand. Autor Roland Benedix schreibt weiter: "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 steige die Temperatur weiter an. Die während des Phasenübergangs eingespeicherte Wärme werde auch als "versteckte" oder latente Wärme bezeichnet.

Solche PCM machten sich nun Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT zunutze. Sie integrierten sie in Gebäudehüllen: Sie vereinten mithilfe etablierter Verfahren der Formgebung die isolierenden Eigenschaften von geschäumten Dämmstoffen mit den thermischen Massen von PCM. Mit dem Ergebnis: Die PCM nehmen bei Hitze die Wärme auf uns speichern sie. Im Gebäudeinneren bleibt es kühl. Wird es draußen kälter, geben sie die gespeicherte Wärme ab.

Mehrere Gramm PCM statt Mikrogramm

Das neue dabei ist, dass statt nur einiger Mikrogramm an Phasenwechselmaterialien - wie beispielsweise bei Mikrokapseln - nun mehrere Gramm integriert wurden. "Damit erhöht sich die thermische Masse der Platte bei gleichbleibender Dicke", erklärt ICT-Wissenschaftlerin Sandra Pappert. Allerdings gelte es noch, die Langzeitbeständigkeit dieser Bauteile zu erproben.

Spürbar werde die größere Effektivität der größeren PCM-Mengen zum Beispiel während langer Hitzeperioden: Kühlt sich die Luft nachts nicht merklich ab, können die bereits flüssig gewordenen Phasenwechselmaterialien nicht wieder erstarren. Anders als bei Mikrokapseln, können ausreichende Mengen an PCM bei langanhaltenden Hitze- oder Kälteperioden wesentlich länger für ein angenehmes Raumklima sorgen.

Prinzipiell wäre es auch möglich, die gespeicherte Wärme über ein Kühlsystem wieder gezielt zu entnehmen: PCM könnten so zum einen neue Wärme aufnehmen, zum anderen könnte die Wärme über einen Energiewandler für andere Zwecke genutzt werden, etwa, um das Duschwasser vorzuwärmen.