Latentwärmespeicher (Phase Change Materials) für Temperaturmanagement

Latentwärmespeicher können Wärme aufnehmen, speichern und später wieder abgeben. Baustoffe wie Wandputze oder Bauplatten, die mit ihnen modifiziert wurden, sorgen bereits in vielen Gebäuden seit mehreren Jahren durch aktiven Temperaturausgleich energie-effizient für gutes Raumklima. Einer dieser Baustoffe ist das so genannte Micronal  der BASF. Das Phase-Change-Material (PCM) hat längst den Praxistest im Rahmen verschiedener Projekte erfolgreich bestanden. Dennoch ist es – nach Erkenntnissen von Solarify – noch viel zu wenig verbreitet.

Wechsel der Aggregatszustände als Energiespeicher

Ein Dauertest mit täglich 24 wechselnden Temperaturzyklen bescheinigte dem Material schon früh eine Lebenserwartung von mindestens 30 Jahren: Dichtigkeit und Wärmespeicherkapazität blieben über den gesamten Testzeitraum auf unverändertem Niveau. Mikroskopisch kleine Kunststoffkügelchen enthalten in ihrem Kern ein Speichermedium aus Wachsen. Steigt die Temperatur, schmilzt das Wachs, und die Latentwärmespeicher nehmen Wärme auf. Fällt die Temperatur, erstarrt das Wachs und Wärme wird freigesetzt. Während der Phasenumwandlung bleibt die Temperatur konstant. Aus diesem Vorgang ergibt sich die englische Bezeichnung Phase Change Material.

Mikroverkapselung: Paraffin in Acryl

Die Frage war, wie sich schmelzendes Wachs in der Praxis sicher in Baustoffe wie Wandputz, Mörtel oder Gipsplatten integrieren ließe: „Unsere Lösung ist die Mikroverkapselung“, antwortet Marco Schmidt vom Unternehmensbereich Dispersions & Pigments der BASF. „Wir ummanteln mikroskopisch kleine Wachströpfchen mit einer praktisch unzerstörbaren Hülle aus Acrylglas, die selbst Bohrern und Sägen widersteht. Dank dieser undurchdringlichen Kapsel kann kein Wachs austreten.“ Durch diese Mikroverkapselung können die PCMs unsichtbar in die unterschiedlichsten Baustoffe integriert werden. Mit einer Partikelgröße von wenigen Mikrometern lassen sich die winzigen Kapseln entweder als Dispersion oder Pulver gut in Putz und Mörtel einarbeiten. Je nach Material ist ein Anteil von 20 bis 40 Prozent PCM möglich.

Die  Entwickler der BASF nutzten hochreine Paraffinwachse als Latentwärmespeicher, deren Schmelzpunkte auf die klimaspezifischen Anforderungen von Gebäuden optimiert wurden. Die Wachse in Micronal verflüssigen sich je nach Anwendung bei 23 °C oder 26 °C. Dabei absorbieren sie aus der Umgebung große Wärmemengen und bremsen so eine weitere Temperaturerhöhung des Raums. Nachts, wenn die Umgebungstemperaturen fallen, wird die gebundene Wärme beim Erstarren des Wachses wieder frei.

Folgt: Latente Wärme

Latente Wärme

Ein anschauliches Beispiel für die Wirkungsweise von Latentwärmespeichern ist der Eiswürfel: Beim Schmelzen in einem Getränk nimmt er Wärme aus der Umgebung auf, beim Erstarren im Eisfach gibt er Wärme an die Umgebung ab. Während der Phasenumwandlung von fest zu flüssig und umgekehrt bleibt seine Temperatur konstant bei 0 °C. Diese in der Phasenumwandlung von einem Aggregatszustand zum anderen versteckt gespeicherte Wärme wird als latente Wärme bezeichnet.

Bereits vor 10 Jahren: Latentwärmespeicher der BASF auch in Gipsbauplatten – Leichte Konstruktionen und energieoptimierte Planung kennzeichnen die Architektur der Gegenwart. Diese Anforderungen hat die BASF in einem Baumaterial vereint: Mit Micronal PCM-Gipsbauplatten will das Unternehmen Architekten, Bauherren und Handwerkern einen Baustoff für den Leichtbau anbieten, der durch den Einsatz von Latentwärmespeichern aktiv für ein angenehmes Raumklima sorgen soll. Verantwortlich für die bemerkenswerten Eigenschaften ist die hohe Wärmespeicherkapazität der Latentwärmespeicher-Gipsbauplatten: Jeder Quadratmeter Gipsbauplatte enthält drei Kilogramm mikroverkapseltes Latentwärmespeicher-Material.
15 mm Gipskarton speichern so viel wie eine 9-cm-Betonmauer
Die Wärmespeicherkapazität der 15 Millimeter schmalen Platten erreicht damit die einer neun Zentimeter dicken Betonmauer. Trotz dieses Zusatznutzens gegenüber herkömmlichen Baustoffen benötigen die BASF-Platten keinen zusätzlichen Platz für das Latentwärmespeichermaterial. Sie sind im Trockenbau ebenso einfach zu verarbeiten wie konventionelle Bauplatten und bieten dadurch architektonische Gestaltungsfreiheit. (10.8.2005)

Aktuell: „Comfortboard 23“: Neue Gipsplatte von Knauf mit Latentwärmespeicher-Funktion

Im Sommer 2014 stellte die Knauf Gips KG die Gipsplatte „Comfort­board 23“ vor: Sie sei aktuell ein entsprechendes Bauprodukt für den Trockenausbau und werde mit Micronal PCM von BASF ausgerüstet. Bei steigender Temperatur wird Micronal PCM in der Platte ak­tiv. Das mikroverkapselte Phasenwechselmaterial absorbiert und speichert überschüssige Wärme. Temperaturspitzen wer­den gekappt und die Raumtemperatur reduziert sich je nach Fläche um einige Grad Celsius. Der Paraffinkern schmilzt bei 23 °C, wodurch Wärme aufgenommen und der Temperaturanstieg des Raumes ver­hindert wird. Sinkt die Raumtemperatur, wird die ge­bundene Wärme wieder freigesetzt.

„Gipsplatten sind Standardbaumaterialien, die bei nahezu allen Bauvorhaben, egal ob Neubau oder Sanierung, zur Beplankung von Decken, Dachschrägen und Wandsyste­men zum Einsatz kommen. Bei der Verwendung von Platten auf Basis von Micronal PCM entstehen somit weder Mehraufwand noch zusätzliche Installationskosten bei der Verarbeitung. Jedoch wird die Speicherfähigkeit des Gebäudes deutlich erhöht, was einen wichtigen Beitrag zum sommerlichen Wärmeschutz darstellt“, verspricht BASF-Mann Schmidt. Haupteinsatzgebiete des Knauf-Latentwärmespeichers sind zum Beispiel Büro- und Verwaltungsbauten und der gehobene Wohnbereich. Knauf empfiehlt, eine Wand- und gegebenenfalls Deckenfläche mindestens eineinhalb mal so groß wie die Raumgrundfläche auszurüsten, um effektive Resultate zu erreichen.

Folgt: Beispiele

Beispiele: Berlin – Projekt an der Spree: Kapillarrohrmatten

Die Sanierung des Berliner Wohnungs- und Bürokomplexes Gotzkowskystraße 21 an der Spree in Charlottenburg erforderte innovative Lösungen zur Optimierung des Gebäude-Temperaturmanagements. In zwei Stockwerken wurde in den Büros eine Kapillarrohrmatten-Kühldecke mit gipsgebundenem Latentwärmespeicher kombiniert. Tagsüber werden die Temperaturspitzen durch PCM gekappt, nachts erfolgt eine gleichmäßige und preiswerte Entladung durch gekühltes Wasser. Die mittels Wärmefühlern gemessenen Werte sprachen durch erhöhte Energieeffizienz für eine schnelle Amortisierung der Maßnahme.

Stettin – Restaurant Secesja: Kühlen und Heizen mit PCM

In dem Jugendstil-Café in der Stettiner Altstadt wurden im Rahmen einer kompletten energetischen Renovierung sowohl die Wände als auch die Fußbnöden mit PCM ausgestattet. Mit billigerem Nachtsstrom wird nachts eine elektrische Fussbodenheizung betrieben, die dann den Fussboden den ganzen Tag warm hält; damit ist PCM nicht nur ein Beitrag zum Kühlen. Das Temperaturmanagement wurde wesentlich verbessert – mit positiven Auswirkungen auf die Gebäudeeffizienz.

BASF verkauft ihr Micronal® PCM-Geschäft an Microtek Laboratories

Die BASF hat am 17.05.2018 mit Microtek Laboratories Inc. mit Sitz in Dayton/ USA einen Vertrag über den Verkauf ihres Micronal® PCM-Geschäfts unterzeichnet. Die Transaktion umfasst immaterielle Vermögenswerte und Warenbestände, jedoch nicht die Übertragung von Produktions-anlagen oder die Übernahme von Mitarbeitern in Ludwigshafen. Die Parteien haben vereinbart, keine finanziellen Einzelheiten zu dem Geschäft bekannt zu geben.

Mit der Transaktion wird BASF sich im Bereich Rohstoffe für die Bauchemie auf ihr Kerngeschäft mit Dispersionen und Additiven konzentrieren. Das Micronal PCM-Geschäft passt strategisch sehr gut zu Microtek. Es ermöglicht dem Unternehmen, sein Produkttechnologie-Portfolio zu erweitern und Produkte auf der Basis von Acrylkapseln aufzunehmen sowie sein Servicespektrum in Europa weiter auszubauen.

Micronal PCM-Produkte sind mikroverkapselte Latentwärmespeicher auf Acrylatbasis. Sie können in flüssiger Form als Emulsion oder als getrocknetes Pulver eingesetzt werden. Hauptanwendungsfelder von Micronal PCM sind Baumaterialien und Matratzen: In beiden Bereichen geht es um einen höheren Wärmekomfort. Im Bausektor helfen die Produkte, Kosten bei Klima- und Heizanlagen und Wartungsarbeiten einzusparen sowie den Energieverbrauch zu senken. Quelle: basf.com/news-releases

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