Isoliermaterial als Latentwärmespeicher: Isolierschaum mit Phasenwechselmaterial (PCM) »verheiratet«

Phasenwechselmaterialien kennt man von regenerierbaren Hand- und Nackenwärmern. Forscher des Fraunhofer Instituts für Chemische Technologie ICT haben jetzt Isoliermaterialien mit solchen thermischen Massen »gekreuzt«, sodass z.B. das Aufheizen von Innenräumen im Sommer deutlich verringert wird.

PCM-Würfel Bildquelle: © Fraunhofer ICT

Der PCM-Würfel behält eine Temperatur von 21°C, bis er komplett geschmolzen ist.

Phasenwechselmaterialien (Phase Change Materials – PCM) sind Speichermaterialien und können, so erklärt Sandra Pappert, Wissenschaftlerin am ICT, »im kleinen Temperaturintervall ihres Phasenwechsels von fest auf flüssig und umgekehrt große Mengen an Wärme speichern und abgeben. Durch etablierte Verfahren der Formgebung wurden die PCMs erstmals in geschäumte Platten integriert. Die Langzeitbeständigkeit dieser Bauteile gilt es noch zu erproben«.

Das physikalische Prinzip ist auch in offenen Gewässern zu beobachten, in denen bei einer Außentemperatur von weit unter null Grad Celsius das unterhalb der sich bildenden Eisschicht befindliche Wasser immer eine konstante Temperatur von vier Grad Celsius behält. Die Kälte, die aus der Luft in den See gelangt, wird nicht dazu genutzt, das Wasser weiter herunter zu kühlen, sondern das Wasser in Eis umzuwandeln.

Mittlerweile ist es gelungen, die Speichermedien in Wandfarbe sowie Mikrokapseln zu integrieren, die sich in Putz einrühren lassen.  »Statt einigen Mikrogramm«, erklärt Pappert, wurden jetzt »mehrere Gramm an Phasenwechselmaterialien integriert, damit erhöht sich die thermische Masse der Platte bei gleichbleibender Dicke«.

Wenn tagsüber in Räumen die Heizung die Luft erwärmt, verflüssigen sich die Phasenwechselmaterialien und speichern einen Teil der Wärme. Kühlt nachts die Raumtemperatur ab, erstarren die PCM und geben die gespeicherte Wärme wieder ab. Auch im Sommer funktioniert das Prinzip. Wenn die Sonne auf das Gebäude scheint, verflüssigen sich die Materialen. Die dafür benötigte Wärme entziehen sie den Räumen, wodurch die Räume abkühlen.

Besonders spürbar wird die Wirksamkeit großer PCM-Mengen im Putz während langer Hitzeperioden. Wenn die Luft nachts nicht mehr abkühlt, können die schon verflüssigten Phasenwechselmaterialien nicht wieder erstarren, eine ausreichend große Menge von PCMs nimmt jedoch Wärme auch über sehr lange Hitzeperioden auf, bzw. gibt Wärme in Kälteperioden in den Raum ab.

Weitergedacht könnte die von PCM gespeicherte Wärme über ein Kühlsystem gezielt entnommen werden, sie könnten neue Wärme aufnehmen und diese über Energiewandler für Brauchwassererwärmung o.ä. abgeben.

Auf der Messe BAU von 16. Bis 21. Januar 2017 in München stellt das ICT die Leistungsfähigkeit des Prinzips in zwei Klimakammern in Halle C2, Stand 538/531 vor.