Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kombination von Isolierung und thermischer Masse

01.12.2016

Brennt die Sommersonne vom Himmel, nehmen in Gebäudehüllen integrierte Phasenwechselmaterialien (PCM) die Hitze auf – es bleibt drinnen schön kühl. Wird es draußen kälter, geben sie die gespeicherte Wärme ab. Mehrere Gramm dieser Speichermedien können lange Zeit vor Überhitzung und Unterkühlung schützen. Forscher haben nun erstmals durch etablierte Verfahren der Formgebung die isolierenden Eigenschaften von Schäumen mit den thermischen Massen von PCM vereint. In dieser Materialkombination wird der Wärmefluss durch die Wand über einige Stunden verringert.

Abends ist es mollig warm im Wohnzimmer. Doch betritt man den Raum am Morgen, ist er ausgekühlt. Es dauert erst wieder seine Zeit, bis die Heizung in Schwung gekommen ist und die Raumluft aufgewärmt hat. Phasenwechselmaterialien – Medien aus Salzen oder organischen Verbindungen, die Wärme speichern – können solche Temperaturunterschiede ausgleichen. Auch Temperaturspitzen an heißen Sommertagen in Innenräumen lassen sich abmildern.


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

© Fraunhofer ICT

Isolierung und thermische Masse

Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT in Pfinztal bei Karlsruhe haben die klassischen Vorteile eines geschäumten Dämmstoffs mit den thermoregulierenden und thermospeichernden Eigenschaften von PCM in einem Bauteil kombiniert.

»Die Speichermaterialien können 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 PCM erstmals in geschäumte Platten integriert. Die Langzeitbeständigkeit dieser Bauteile gilt es noch zu erproben«, erläutert Sandra Pappert, Wissenschaftlerin am ICT.

Als Mikrokapseln sind Speichermedien bereits erhältlich, sie lassen sich etwa in Wandfarbe oder Putz einrühren. Das Besondere an der neuen Technologie: »Statt einigen Mikrogramm wurden mehrere Gramm an Phasenwechselmaterialien integriert, damit erhöht sich die thermische Masse der Platte bei gleichbleibender Dicke«, sagt Pappert.

Das physikalische Prinzip kennt man beispielsweise von Seen, die an klirrend kalten Tagen von einer Eisschicht überzogen sind. Obwohl die Luft deutlich kälter ist, hat das Wasser eine konstante Temperatur von vier Grad Celsius – und zwar so lange, bis das letzte Tröpfchen Wasser im See zu Eis erstarrt ist. Denn die Kälte, die die Luft in den See einbringt, wird nicht dazu genutzt, das Wasser weiter hinunter zu kühlen. Vielmehr dient sie dazu, das Wasser in Eis umzuwandeln.

Angenehmes Wohlfühlklima

Diesen Effekt nutzen die Forscher, um die Temperatur von Räumen zu optimieren. Läuft tagsüber die Heizung, verflüssigen sich die Phasenwechselmaterialien und speichern einen Teil der Wärme. Kühlt nachts die Raumtemperatur ab, erstarren sie wieder – und geben die gespeicherte Wärme an den Raum ab. Im Sommer bleiben Innenräume angenehm kühl. Denn brennt die Sonne vom Himmel, verflüssigen sich die Materialien. Dafür benötigen sie Wärme, die sie dem Raum entziehen.

Spürbar wird 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. Bei den Mikrokapseln heißt das: Irgendwann sind alle Kapseln umgewandelt – es kann keine weitere Hitze aufgenommen werden.

Nicht so jedoch wenn ausreichende Mengen an PCM vorliegen. Diese können bei lang anhaltenden 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.

Auf der Messe BAU vom 16. bis 21. Januar 2017 in München stellen die Forscher die Wirkungsweise und das Potenzial der Phasenwechselmaterialien vor. Sie demonstrieren anhand zweier Klimakammern, in welchem Maße diese Materialien Temperaturschwan-kungen ausgleichen können (Halle C2, Stand 538/531).

Weitere Informationen:

https://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2016/dezember/kombinatio...

Dr. Stefan Tröster | Fraunhofer Forschung Kompakt

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Architektur Bauwesen:

nachricht Maximale Sonnenenergie aus der Hausfassade
23.11.2017 | Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig

nachricht Roboterzelle bereichert Forschung zur Holzbearbeitung
17.11.2017 | Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Architektur Bauwesen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Metamaterial mit Dreheffekt

Mit 3D-Druckern für den Mikrobereich ist es Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gelungen ein Metamaterial aus würfelförmigen Bausteinen zu schaffen, das auf Druckkräfte mit einer Rotation antwortet. Üblicherweise gelingt dies nur mit Hilfe einer Übersetzung wie zum Beispiel einer Kurbelwelle. Das ausgeklügelte Design aus Streben und Ringstrukturen, sowie die zu Grunde liegende Mathematik stellen die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Science vor.

„Übt man Kraft von oben auf einen Materialblock aus, dann deformiert sich dieser in unterschiedlicher Weise. Er kann sich ausbuchten, zusammenstauchen oder...

Im Focus: Proton-Rekord: Magnetisches Moment mit höchster Genauigkeit gemessen

Hochpräzise Messung des g-Faktors elf Mal genauer als bisher – Ergebnisse zeigen große Übereinstimmung zwischen Protonen und Antiprotonen

Das magnetische Moment eines einzelnen Protons ist unvorstellbar klein, aber es kann dennoch gemessen werden. Vor über zehn Jahren wurde für diese Messung der...

Im Focus: New proton record: Researchers measure magnetic moment with greatest possible precision

High-precision measurement of the g-factor eleven times more precise than before / Results indicate a strong similarity between protons and antiprotons

The magnetic moment of an individual proton is inconceivably small, but can still be quantified. The basis for undertaking this measurement was laid over ten...

Im Focus: Reibungswärme treibt hydrothermale Aktivität auf Enceladus an

Computersimulation zeigt, wie der Eismond Wasser in einem porösen Gesteinskern aufheizt

Wärme aus der Reibung von Gestein, ausgelöst durch starke Gezeitenkräfte, könnte der „Motor“ für die hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus sein....

Im Focus: Frictional Heat Powers Hydrothermal Activity on Enceladus

Computer simulation shows how the icy moon heats water in a porous rock core

Heat from the friction of rocks caused by tidal forces could be the “engine” for the hydrothermal activity on Saturn's moon Enceladus. This presupposes that...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Forschungsschwerpunkt „Smarte Systeme für Mensch und Maschine“ gegründet

24.11.2017 | Veranstaltungen

Schonender Hüftgelenkersatz bei jungen Patienten - Schlüssellochchirurgie und weniger Abrieb

24.11.2017 | Veranstaltungen

Kinderanästhesie aktuell: Symposium für Ärzte und Pflegekräfte

23.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Metamaterial mit Dreheffekt

24.11.2017 | Materialwissenschaften

Forschungsschwerpunkt „Smarte Systeme für Mensch und Maschine“ gegründet

24.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Schonender Hüftgelenkersatz bei jungen Patienten - Schlüssellochchirurgie und weniger Abrieb

24.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten