Wärme in Holzhäusern speichern
Die Wärmespeicherfähigkeit von Gebäuden trägt zum Wohlfühlklima bei. Bei diesem Thema hat die Holzbauweise bisher einen schlechteren Ruf als Beton. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Mannheim haben jetzt ein Material entwickelt, dass diesem Ruf entgegenwirkt. Vorbild hierfür waren Eiswürfel.
Das PCM wurde in einem Testgebäude eingebaut.
Foto: Hochschule Mannheim / CeMOS
Forschende aus dem Kompetenzzentrum CeMOS der Hochschule Mannheim haben in Kooperation mit der Firma Willi Mayer Holzbau GmbH & Co. KG ein Material entwickelt, dass Häusern in Holzbauweise eine höhere Wärmespeicherfähigkeit gibt. Unter den richtigen Voraussetzungen entsteht dann die 10-fache Wärmespeicherfähigkeit von Beton. Den erzeugten Effekt haben sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bei einem schmelzenden Eiswürfel in einem Cocktail abgeschaut. Beim diesem Phasenwechsel von fest nach flüssig benötigen die sogenannte Phasenwechselmaterialien (Phase Change Materials – PCM) eine hohe Menge an Energie. Diese Energie wird dabei der Umgebung in Form von Wärme entzogen. Das PCM ändert während des Phasenwechsels nicht seine Temperatur. Diese Besonderheit ermöglicht es, dass bei der Schmelztemperatur des entsprechenden Stoffes eine große Menge an Wärme gespeichert werden kann. Kühlt das PCM ab und verfestigt sich wieder, wird Wärme freigesetzt.
Salzhydrat hält Temperatur
An diesem Punkt setzten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an und haben eine Mischung aus Salzhydraten entwickelt. Die Eigenschaft dieses Salzhydrates ist es, dass dessen Schmelztemperatur einer Raumtemperatur von 21 Grad Celsius bis 22 Grad Celsius entspricht. Um diese Salzhydrate im Holzbau nutzen zu können, werden sie in Behältern aus Polyethylen verpackt. Dies Behälter sind auf ein Fassungsvermögen von einem Liter ausgelegt und müssen in die Gebäudehülle integriert werden. Dabei muss darauf geachtet werden, dass zur Innenraumluft ein hoher thermischer Kontakt gewährleistet ist. Somit trägt das Material zur Klimatisierung eines Raumes bei.
Testgebäude bestätigt Annahme
Um die Wirkungsweise des PCMs zu testen, wurde für das Projekt ein kleines Testgebäude errichtet. Auf einer Gesamtfläche von knapp 18 Quadratmetern ist das Gebäude in zwei identische Räume unterteilt. Durch einen Flur sind die beiden Räume getrennt. In zwei hinterlüfteten Schichten innerhalb der Wände wurde in einem Raum das verkapselte PCM eingebracht. Insgesamt wurden dort 992 Kilogramm Material verbaut. Der zweite Raum blieb leer. In einer Testphase von 87 Tagen wurden die Erwartungen der Forschenden bestätigt. Temperaturspitzen konnte das PCM abfangen und somit wurde die Raumtemperatur gesenkt. Beim Auskristallisieren kann die Heizleistung zum Beispiel unterstützt werden, wenn in der Nacht oder Winter gelüftet wird und die Raumtemperatur unter 21 Grad absinkt, da Wärme freigesetzt wird.
Weitere Forschungsziele
Damit zeigen die Wissenschaftler, dass diese Technik Potenzial hat und richtungsweisend ist, um in Leichtbauhäusern das Wohnklima zu verbessern. Aktuell wird das System in weiteren Untersuchungen optimiert. Hier haben die Forschenden das Ziel gesetzt, den Platzbedarf der verkapselten PCMs zu minimieren. Eine andere Forschungsrichtung geht dahin, dass die Verkapselung gleichzeitig so in den Raum eingebaut wird, dass es als schallabsorbierendes Element genutzt werden kann. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler arbeiten zudem daran, dass das Material so in einem zentralen Speicher integriert wird, dass der Phasenwechsel geregelt stattfindet. Hier ist das Ziel, dass man den Phasenwechsel dann zum Beispiel mit einer Lüftungs- und Wärmerückgewinnungsanlage kombinieren kann.
Das Kompetenzzentrum CeMOS unter der Leitung von Prof. Dr. Matthias Rädle und Prof. Dr. Carsten Hopf ist in vielen industriefokussierten Projekten involviert und als Partner internationaler Forschungskonsortien anerkannt.
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