Energiesparen mit Phase Change Materials

Mit dem Einsatz von sogenannten PCM (Phase Change Materials) kann der Energiebedarf von Gebäuden gesenkt werden. Sie können sowohl kühlen als auch wärmen.

Wenn man von Energiesparen spricht, liegt aufgrund des Atomausstiegs und der Energiewende der Focus im Moment vor allem auf dem Stromverbrauch und der Stromproduktion. Wer sich jedoch mit dem Energieverbrauch eines Haushalts beschäftigt, wird erkenne, dass der Stromverbrauch nur einen Bruchteil des Energiebedarfs ausmacht. Die meiste Energie wird für das Heizen und mittlerweile immer mehr auch für das Kühlen von Gebäuden verwendet.

Was sind Phase Change Materials (PCM)?

Um ihren Kristallisation- oder Schmelzpunkt herum verhalten sich Materialien anders als in den Temperaturbereichen außerhalb. So wird beim Erstarren mehr Energie frei als der gleiche Temperaturunterschied in anderen Bereichen ausmachen würde. Bildlich kann man sich vorstellen, dass mit dem Festwerden im Kristallgitter besonders viel Energie frei wird, weil sich die Moleküle danach nicht mehr bewegen. Umgekehrt benötigt man viel Energie, um Kristalle wieder aufzulösen.

Der Taschenwärmer

Viele haben in ihrem Haushalt Taschenwärmer, die mit einem Salzhydrat gefüllt sind und in kochendem Wasser auf dem Herd „aufgeladen“ werden. Diese Taschenwärmer sind auch PCM Materialien. Die Wärmeenergie wird in den geschmolzenen Kristallen gespeichert. Knickt man das Plättchen, so kristalliert die flüssige Masse, wird fest und gibt dabei Wärme ab. Dieser Vorgang ist theoretisch immer wieder umkehr- und wiederholbar.

Paraffine und Salzhydrate

Die gebräuchlisten Phase Change Materials sind Paraffine und Salzhydrate. Für die Anwendung im Haus, müssen die Materialien allerdings einen deutlich niedrigeren Schmelzpunkt bzw. Kristallisationspunkt als die Taschenwärmer haben. Idealerweise sollte er etwas oberhalb der Raumtemperatur liegen. Das kann durch bestimmte Zusätze in den Paraffinen und Salzhydraten erreicht werden.

Temperaturspitzen werden abgefangen

Die Auswirkungen von PCM in Wohngebäuden sind nun, dass die Temperaturspitzen nach oben, wie auch nach unten abgefangen werden. Baumaterialien mit PCM können Räume kühlen, denn die Energie wird, ab einer Temperatur von etwa 24 Grad zunächst dazu eingesetzt den Aggregatzustand des PCM von fest nach flüssig zu ändern. Diese Energie wird dem Raum entzogen und kühlt, ohne dass dafür, wie etwa bei einer Klimaanlage, Strom verbraucht werden muss. Diese Art der Kühlung ist auch deutlich sanfter als die Klimaanlagenluft, die von vielen Menschen als unangenehm empfunden wird. Kühlt nun der Raum abends oder nachts ab, so wird ab einer Temperatur von etwa 22 Grad das flüssige PCM wieder fest und setzt dabei die Energie, die vorher zur Verflüssigung der Umwelt entzogen wurde, in Form von Wärme wieder frei. Dadurch kann in der „Übergangszeit“, wenn es tagsüber noch warm wird, aber nachts schon kühl werden kann, auch Heizenergie eingespart werden.

In welcher Form werden PCM im Bau eingesetzt?

PCM Materialien werden mit verschiedenen Schmelz- bzw. Kristalllisationspunkten angeboten. Es gibt sie im Wohnraumputz beigemischt, aber auch in Platten, wie sie im Trockenausbau eingesetzt werden. Daneben werden sie auch zur Nachrüstung für Deckenplatten angeboten und können so auf die abgehängte Decke gelegt werden und so kühlend wirken, wenn es zu kalt ist und wärmend, wenn sich der Raum abkühlt. Es gibt mittlerweile sogar transparente Module mit PCM, die als Scheiben eingesetzt, die Überhitzung verhindern und abends heizen können.

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