Neuer Ansatz, mit Phasenwechselmaterial das „Wohlfühlklima“ in Holzhäusern zu erhöhen

(7.5.2021) Klassischen Massivhäusern sagt man nach, dass sie ein besseres „Wohlfühlklima“ als Holzhäuser hätten, weil die massiven Wände eine höhere Wärmespeicherfähigkeit aufweisen würden. Wissenschaftler des Kompetenzzentrums CeMOS der Hochschule Mannheim haben vor diesem Hintergrund nun in Kooperation mit der Willi Mayer Holzbau GmbH & Co. KG ein Material entwickelt, das unter den richtigen Voraussetzungen die 10-fache Wärmespeicherfähigkeit von Beton aufweist.

Bild © Kompetenzzentrum CeMOS der Hochschule Mannheim | Willi Mayer Holzbau GmbH & Co. KG 

Das „Geheimnis“ dahinter ist längst bekanntes Phasenwechselmaterial (Phase Change Materials – PCM), das beim Phasenwechsel von fest nach flüssig (Schmelzen) eine vergleichsweise hohe Menge an Energie benötigt. Diese Energie wird der Umgebung in Form von Wärme entzogen. Das Besondere ist allerdings, dass PCM, solange der Phasenwechsel noch nicht abgeschlossen ist, seine Temperatur nicht ändert. Somit kann eine große Wärmemenge genau bei der Schmelztemperatur des entsprechenden Stoffes gespeichert werden - darum spricht man auch von Latentwärmespeichern. Umgekehrt wird Wärme frei, wenn sich das PCM abkühlt und wieder verfestigt - siehe auch PCM / Latentwärmespeicher im Baustoff Magazin von Baulinks.

Die Mannheimer Wissenschaftler haben nun für die konkrete Anwendung eine spezielle Mischung aus Salzhydraten entwickelt, deren Schmelztemperatur genau einer gewünschten Raumtemperatur von 21 bis 22°C entspricht. Das Material wird in Behältern aus Polyethylen mit einem Fassungsvermögen von je einem Liter verpackt. Die an Kühlakkus erinnernden Verkapselungen müssen dann so in die Gebäudehülle integriert werden, dass ein möglichst hoher thermischer Kontakt zur Innenraumluft gewährleistet wird. Hierdurch kann das Material gut zur Klimatisierung eines Raumes beitragen.

Für das Projekt wurde ein kleines Gebäude mit einer Gesamtfläche von knapp 18 m² errichtet und in zwei identische Räume, welche durch einen kleinen Flur getrennt sind, unterteilt. In einem der Räume wurde das verkapselte PCM in zwei hinterlüfteten Schichten innerhalb der Wände installiert. Der andere blieb leer. So konnten insgesamt 992 kg des Materials verbaut werden. Eine 87-tägige Testphase bestätigte die Erwartungen deutlich. Das Speichermaterial konnte Temperaturspitzen merklich abfangen und die Raumtemperatur senken. Beim Auskristallisieren, wie es z. B. beim Lüften in der Nacht oder im Winter passiert, wenn die Raumtemperatur unter 21°C absinkt, kann Wärme freigesetzt werden und so Heizleistung unterstützen.

Das Fazit der Wissenschaftler ist klar: „Diese Technik ist richtungsweisend und hat das Potenzial, das Wohnklima gerade in Leichtbauhäusern erheblich zu verbessern. Das System wird in weiteren Untersuchungen aktuell noch weiter optimiert, um beispielsweise den Platzbedarf zu minimieren oder die Verkapselungen als modernes und gleichzeitig schallabsorbierendes Element im Raum zu integrieren. Des Weiteren wird unter Hochdruck daran gearbeitet, das Material auch in einem zentralen Speicher unterzubringen, um die Phasenwechsel durch eine geregelte Zwangsbelüftung zu realisieren, die man z. B. mit der verbauten Lüftungs- und Wärmerückgewinnungsanlage kombinieren könnte.“