Mai 26, 2016

Latentwärmespeicher (PCM)

Latentwärmespeicher und Phasenwechsel-Materialien (PCM)

Latenwärmespeicher sind eine neue Möglichkeit, thermische Energie zu speichern. Im Gegensatz zu sensiblen Speicher, wie beispielsweise Wassertanks, steckt bei Latenwärmespeichern die gespeicherte Wärmeenergie im Phasenübergang des Speichermediums, das so genannte „Phase Change Material“ (PCM). Beim Übergang vom festen in den flüssigen Zustand (auch Phase genannt) nimmt das Speichermedium viel Energie aus der Umgebung auf, ohne sich selbst zu erwärmen. Dies ist der Eiswürfel-Effekt: Eiswürfel halten ein Getränk auch viel länger kühl als z.B. schlicht kaltes Wasser mit einer Temperatur von 0°C. Beim Phasenübergang von Wasser zu Eis bei 0°C wird ungefähr so viel Wärme frei, wie zum Erwärmen derselben Menge Wasser von 0°C auf 80°C benötigt wird.

Diese Technologie kann beispielsweise zur Raumklimatisierung genutzt werden. Ein solcher Ansatz wurde 2009 für den deutschen Zukunfstpreis nominiert. Hier die Idee dahinter im Wortlaut:

Beim Übergang vom festen in den flüssigen Zustand nimmt ein PCM große Mengen an Energie aus der Umgebung auf, ohne sich selbst zu erwärmen. Die aufgenommene Wärme wird in ihrem Inneren „versteckt“. Wenn dies bei einer bestimmten Temperatur etwa zwischen 21 und 26 Grad Celsius geschieht, lässt sich mithilfe von Latentwärmespeichern verhindern, dass sich Wohn- oder Büroräume im Sommer über diesen angenehmen Temperaturbereich hinaus aufheizen.

Um Latentwärmespeicher als Bestandteil von Baustoffen nutzbar zu machen, ersannen Volker Wittwer und Peter Schossig am Fraunhofer ISE einen Trick. Er besteht darin, einzelne Tröpfchen des Speichermaterials in winzige Hülsen zu verpacken – Experten sprechen von Mikroverkapselung. Ekkehard Jahns entwickelte bei der BASF die dafür nötige Technologie und stieß auf Paraffinwachs als geeigneten Latentwärmespeicher. Die Wachströpfchen werden in wenige Mikrometer kleinen Kügelchen aus Acrylglas eingeschlossen. Diese Mikrokapseln lassen sich leicht in Baustoffen wie Mörtel, Gips und Holz integrieren und sind sehr robust: Bohren oder Nageln kann ihnen nichts anhaben. Durch ihre insgesamt große Oberfläche bewirken die zahlreichen Speicherkapseln einen raschen Wärmeaustausch. Da sie die Wärme, die sie tagsüber aufnehmen, nachts wieder abgeben, dämpfen sie Temperaturschwankungen und schaffen ein ausgeglichenes Raumklima.

Die Forscher starteten Mitte der 1990er-Jahre mit der Entwicklung von Latentwärmespeichern für Gebäude. 2004 brachte die BASF eine erste damit ausgerüstete Gipsbauplatte auf den Markt. Seit 2008 produziert das Unternehmen die kühlen Mikrokapseln als Massenprodukt. Sie kamen bereits bei etlichen Bauprojekten zum Einsatz und stoßen bei Bauherren und Architekten weltweit auf reges Interesse. Baustoffe mit PCM-Kapseln bieten im Sommer Schutz gegen Überhitzung und können sogar herkömmliche – „Strom fressende“ – Kühlanlagen ganz oder teilweise ersetzen.

Weitergehende Informationen zu Latentwärmespeicher erhalten Sie auch hier und hier.