Cocktail liefert Idee zur Erhöhung der Wärmespeicherfähigkeit von Holzhäusern

Holzhaus
gefördert durch Bundesministerium für Wirtscchaft und Energie aufgraund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

Klassischen Massivhäusern sagt man im Gegensatz zu Häusern in Holzbauweise nach, dass sie eine höhere Wärmespeicherfähigkeit der Gebäudehülle haben und damit verbunden ein größeres „Wohlfühlklima“ erzeugen. Wissenschaftler des Kompetenzzentrums CeMOS der Hochschule Mannheim haben nun in Kooperation mit der Firma Willi Mayer Holzbau GmbH & Co. KG ein Material entwickelt, das unter den richtigen Voraussetzungen die 10-fache Wärmespeicherfähigkeit von Beton aufweist. Als Vorbild haben sie sich den kühlenden Effekt eines schmelzenden Eiswürfels in einem Cocktail genommen.

Diese sogenannten Phasenwechselmaterialien (Phase Change Materials – PCM) benötigen beim Phasenwechsel von fest nach flüssig (Schmelzen) eine vergleichsweise hohe Menge an Energie. 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. Umgekehrt wird Wärme frei, wenn sich das PCM abkühlt und wieder verfestigt.

Die Wissenschaftler haben nun eine spezielle Mischung aus Salzhydraten entwickelt deren Schmelztemperatur genau einer gewünschten Raumtemperatur von 21 – 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 Grad 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.

Die Projektpartner:

Als führendes Zentrum für Massenspektrometrie und optische Spektroskopie ist das Kompetenzzentrum CeMOS unter der Leitung von Prof. Dr. Matthias Rädle und Prof. Dr. Carsten Hopf in viele industriefokussierte Projekte involviert und als Partner internationaler Forschungskonsortien anerkannt. CeMOS profiliert sich dabei zunehmend als Anbieter von Komplettlösungen, also als Geräte-, Applikations- und IT-Entwickler. Die vielfältigen Kernkompetenzen liegen in den Bereichen Biomedizin, Prozessmesstechnik und Bio-Pharma-Analytik, in den Feldern “Data Science”, Bildverarbeitung und Chemometrie/multivariate Statistik sowie in der optischen Geräteentwicklung und der Messtechnik basierten Materialentwicklung.

Die Firma Willi Mayer Holzbau GmbH & Co. KG ist Hersteller und Generalunternehmer, moderner zukunftsweisender Holzbauten. Vom Einfamilienhaus bis zum mehrgeschossigen Holzbau werden die Gebäude individuell den Wünschen der Bauherrschaft angepasst und umgesetzt.


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