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 Erweiterte Realität auf der Baustelle – zum Nutzen der Augmented Reality für die Zukunft im Handwerk
26.02.2020 | BIBA - Bremer Institut für Produktion und Logistik

nachricht Langlebige Fachwerkbrücken aus Stahl einfacher bemessen
21.02.2020 | Hochschule München

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: Wissenschaftler beleuchten aktuellen Stand der Anwendung des Maschinenlernens bei Forschung an aktiven Materialien

Verfahren des Maschinenlernens haben durch die Verfügbarkeit von enormen Datenmengen in den vergangenen Jahren einen großen Zuwachs an Anwendungen in vielen Gebieten erfahren: vom Klassifizieren von Objekten, über die Analyse von Zeitreihen bis hin zur Kontrolle von Computerspielen und Fahrzeugen. In einem aktuellen Review in der Zeitschrift „Nature Machine Intelligence“ beleuchten Autoren der Universitäten Leipzig und Göteborg den aktuellen Stand der Anwendung und Anwendungsmöglichkeiten des Maschinenlernens im Bereich der Forschung an aktiven Materialien.

Als aktive Materialien bezeichnet man Systeme, die durch die Umwandlung von Energie angetrieben werden. Bestes Beispiel für aktive Materialien sind biologische...

Im Focus: Computersimulationen stellen bildlich dar, wie DNA erkannt wird, um Zellen in Stammzellen umzuwandeln

Forscher des Hubrecht-Instituts (KNAW - Niederlande) und des Max-Planck-Instituts in Münster haben entdeckt, wie ein essentielles Protein bei der Umwandlung von normalen adulten humanen Zellen in Stammzellen zur Aktivierung der genomischen DNA beiträgt. Ihre Ergebnisse werden im „Biophysical Journal“ veröffentlicht.

Die Identität einer Zelle wird dadurch bestimmt, ob die DNA zu einem beliebigen Zeitpunkt „gelesen“ oder „nicht gelesen“ wird. Die Signalisierung in der Zelle,...

Im Focus: Bayreuther Hochdruck-Forscher entdecken vielversprechendes Material für Informationstechnologien

Forscher der Universität Bayreuth haben ein ungewöhnliches Material entdeckt: Bei einer Abkühlung auf zwei Grad Celsius ändern sich seine Kristallstruktur und seine elektronischen Eigenschaften abrupt und signifikant. In diesem neuen Zustand lassen sich die Abstände zwischen Eisenatomen mithilfe von Lichtstrahlen gezielt verändern. Daraus ergeben sich hochinteressante Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Informationstechnologien. In der Zeitschrift „Angewandte Chemie – International Edition“ stellen die Wissenschaftler ihre Entdeckung vor. Die neuen Erkenntnisse sind aus einer engen Zusammenarbeit mit Partnereinrichtungen in Augsburg, Dresden, Hamburg und Moskau hervorgegangen.

Bei dem ungewöhnlichen Material handelt es sich um ein Eisenoxid mit der Zusammensetzung Fe₅O₆. In einem Hochdrucklabor des Bayerischen Geoinstituts (BGI),...

Im Focus: Von China an den Südpol: Mit vereinten Kräften dem Rätsel der Neutrinomassen auf der Spur

Studie von Mainzer Physikern zeigt: Experimente der nächsten Generation versprechen Antworten auf eine der aktuellsten Fragen der Neutrinophysik

Eine der spannendsten Herausforderungen der modernen Physik ist die Ordnung oder Hierarchie der Neutrinomassen. Eine aktuelle Studie, an der Physiker des...

Im Focus: High-pressure scientists in Bayreuth discover promising material for information technology

Researchers at the University of Bayreuth have discovered an unusual material: When cooled down to two degrees Celsius, its crystal structure and electronic properties change abruptly and significantly. In this new state, the distances between iron atoms can be tailored with the help of light beams. This opens up intriguing possibilities for application in the field of information technology. The scientists have presented their discovery in the journal "Angewandte Chemie - International Edition". The new findings are the result of close cooperation with partnering facilities in Augsburg, Dresden, Hamburg, and Moscow.

The material is an unusual form of iron oxide with the formula Fe₅O₆. The researchers produced it at a pressure of 15 gigapascals in a high-pressure laboratory...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

CLIMATE2020 – Weltweite Online-Klimakonferenz vom 23. bis 30. März 2020

26.02.2020 | Veranstaltungen

Automatisierung im Dienst des Menschen

25.02.2020 | Veranstaltungen

Genomforschung für den Artenschutz - Internationale Fachtagung in Frankfurt

25.02.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Riesiger 3D-Drucker soll tonnenschwere Getriebeteile aus Stahl fertigen

27.02.2020 | Maschinenbau

Immunologie - Rachenmandeln als Test-Labor

27.02.2020 | Biowissenschaften Chemie

Pestizide erhöhen Risiko für Tropenkrankheit Schistosomiasis / Belastete Gewässer fördern Zwischenwirt des Erregers

27.02.2020 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics