Phasenwechselmaterialien in Gebäuden: Monitoring belegt Energieeinsparung
Systeme mit integrierten Phasenwechselmaterialien (PCM) bieten ein hohes Potenzial, Gebäude effizienter zu beheizen und zu kühlen. Bisher gibt es nur wenige praktische Betriebserfahrungen, die durch belastbare Mess- und Monitoringdaten untermauert sind. Im Forschungsprojekt PCM-Demo II untersuchen und bewerten acht Partner aus Forschung und Industrie PCM-Systeme beispielhaft in unterschiedlichen Anwendungen im Gebäudebereich. Erste Ergebnisse liegen jetzt vor.
Installation einer hinterlüfteten Kühldecke mit PCM in einem Seminarraum des Physikalischen Instituts der Universität Würzburg. Bild: ZAE Bayern
PCM-Kühldecke mit hoher spezifischer Oberfläche in einem Schulungsraum des Landwirtschaftlichen Versicherungsvereins Münster. Die Kühlwirkung erfolgt tagsüber überwiegend passiv durch das PCM. Dieses wird nachts aktiv regeneriert. Bild: Fraunhofer ISE
Im Fokus der Wissenschaftler steht das Monitoring an Referenzobjekten. Sie vermessen verschiedene PCM-Systeme unter realistischen Bedingungen: „Wir untersuchen Kühldecken und Wandelemente mit PCM, sowie auch PCM-Speicher für Lüftungs- und Heizsysteme“, erläutert Dr. Helmut Weinläder, der für das ZAE Bayern die Arbeiten der Projektpartner koordiniert. An sieben Demonstrationsgebäuden erfassen die Projektpartner belastbare Messdaten und sammeln praktische Betriebserfahrungen. Einen Schwerpunkt sehen sie vor allem in der Entwicklung sinnvoller Regelstrategien für die PCM-Systeme. „Oft werden diese mit Standardregelungen betrieben, welche die Wirkungsweise des PCM einschränken oder sogar völlig zu Nichte machen“, erläutert Weinläder.
In den Demonstrationsgebäuden werden unterschiedliche PCM-Systeme im realen Einsatz vermessen und ihre energetische Wirkungsweise evaluiert. Mittlerweile liegen aus allen Objekten erste Monitoringergebnisse vor. Diese zeigen, dass PCM-Systeme bei sinnvoller Regelung eine sehr hohe Energieeffizienz erreichen können. So konnten für dezentrale Lüftungsgeräte mit PCM-Speicher sehr hohe EER-Werte (EER = Energy Efficiency Ratio – Verhältnis erzeugter zu eingesetzter Energie) im Bereich von 7 bis 9 nachgewiesen werden. „Bei einem Kühldeckensystem mit PCM zeigte sich hingegen, dass die ursprünglich implementierte Regelung unzureichend war“, so Weinläder. „Dadurch verursachte das PCM-System sogar einen Mehrverbrauch an Energie. Hier erarbeiten wir nun optimierte Regelstrategien und setzen sie um.“ Insgesamt belegen die Projektergebnisse, dass PCM-Systeme den Energieverbrauch in Gebäuden senken können. Sie erfordern jedoch entsprechendes Know-how und Erfahrung sowohl für die Planung und Umsetzung als auch für den Betrieb.
Alles dreht sich um den Phasenwechsel
Phasenwechselmaterialien puffern Temperaturschwankungen, indem sie schmelzen oder erstarren und dabei Wärme aufnehmen oder abgeben. Mit ihnen lässt sich die thermische Trägheit von Bauteilen in einem definierten Temperaturbereich steigern. Dies erhöht den Raumkomfort und reduziert den Klimatisierungsbedarf. PCM-Speichermassen reduzieren Lastspitzen und ermöglichen es beispielsweise, die Kälteerzeugung in die Nacht zu verschieben oder Abwärme dann zu nutzen, wenn sie anfällt.
Die außerordentliche Speicherfähigkeit von Phasenwechselmaterialien ist aber auf den engen Schmelz-Temperaturbereich beschränkt. Dies unterscheidet sie von klassischen Speichermaterialien. Entsprechend gravierender sind die Auswirkungen, wenn die Betriebszustände von den Planungsdaten abweichen. Bisher gibt es nur wenige Erfahrung und Demonstrationsobjekte. Das im Juli 2014 gestartete Forschungsprojekt PCM-Demo II liefert praktische Erfahrungen, um die Markteinführung zu beschleunigen.
PCM-Symposium präsentiert Projektergebnisse
Die Wissenschaftler stellen ihre Projektergebnisse auf dem Symposiums „Einsatz von PCM in Gebäuden“ vor. Die vom ZAE Bayern ausgerichtete Tagung findet am 14. und 15. März 2018 in Würzburg statt. Teilnehmer können dabei das Energy Efficiency Center des ZAE Bayern mit PCM-Kühldecken und PCM-Wandelementen besichtigen. Neben PCM-Systemen beinhaltet das Energy Efficiency Center auch noch viele andere innovative Technologien wie z.B. offene Sorptionskühlung, passiv infrarote Nachtkühlung oder ein energiesparendes Beleuchtungskonzept mit modernstem Lichtmanagement. Die Teilnahme am Symposium ist kostenfrei. Die Anmeldung erfolgt auf der Projekthomepage www.pcm-demo.info auf der auch das Tagungsprogramm zu finden ist.
(Quelle: „BINE Informationsdienst – www.bine.info“)
