Micronal PCM Katalog für Architekten und Planer 2010

4 BINE themeninfo I/2009Abb. 4 Beispiele von Makroverkapselungen.Quelle: ZAE BayernSchmelzenergie [kJ/L]Abb. 3 Materialklassen,die als PCM untersuchtund eingesetzt werden.Quelle: ZAE Bayern1.000800600400wässrige SalzlösungenSalzhydrateWasserWelche Speichermaterialien werden eingesetzt?Aufgrund intensiver Forschung in den letzten beiden Jahrzehntensind heute viele Phasenwechsel-Materialienbekannt, die sich für den Einsatz als Latentwärmespeichereignen und mit ihren Schmelzpunkten einen weiten Temperaturbereichabdecken (Abb. 3). Durch unterschiedlicheMischungen von Wasser mit Salzen können z. B.eutektische Salzlösungen mit Schmelzpunkten weit unter0 °C hergestellt werden – oder Salzhydrate mit Schmelzpunktenim Temperaturbereich von 5 °C bis 130 °C. Dadurchergeben sich viele Anwendungen in den Bereichen Heizen,Kühlen und Klimatisieren. Sie zeichnen sich vor allemdurch hohe Speicherdichten aus und sind vergleichsweisekostengünstig. Als organische Materialien eignensich vor allem Paraffine und Fettsäuren. Sie haben meistniedrigere Speicherdichten und vergleichsweise höhereKosten als Salzhydrate. Im Gegensatz zu Salzhydratensind sie jedoch technisch leichter handhabbar.Obwohl die Kombination Baustoffe und PCM auf denersten Blick recht unspektakulär erscheint, sind jedocheine Reihe von Anforderungen zu erfüllen. So muss nebeneinem ausreichenden Brandschutz – Paraffine z. B. sindbrennbar – auch die mechanische Festigkeit der PCM-Materialien gegeben sein. Oft ist es auch sinnvoll, PCM zumodifizieren, um ihre Eigenschaften zu verändern. Beispielesind schütt- und rieselfähige Granulate oder PCM-Grafit-Verbundmaterialien für hohe Heiz- oder Kühlleistungen.NitrateHydroxideChlorideKarbonate0,1 kWh/LFluoride200ChlatrateParaffineZuckeralkohole0Fettsäuren–100 0 100 200 300 400 500 600 700 800Schmelztemperatur [°C]PCM – gut verkapselt und portioniertPCM eignen sich zum Bau von Speichern mit hoherSpeicherdichte sowie aufgrund des Schmelzens bei konstanterTemperatur zur passiven Temperaturstabilisierung.Da PCM bei ihrer Nutzung flüssig werden, ist es im Allgemeinennotwendig, sie in einem Behältnis zu kapseln.Bei konventionellen Speichern geschieht dies durch denSpeicherbehälter. In vielen Anwendungen werden PCMjedoch als eigenständige Speicherelemente in einembestehenden System eingesetzt.In diesem Fall werden die eingesetzten Speicherbehälterder Phase Change Materials "Verkapselung" genannt.Sie werden nach ihrer Größe unterschieden in Makroverkapselungenmit mehr als 1 cm Durchmesser, Mikroverkapselungenmit weniger als 100 μm sowie Mesoverkapselungen,die den Zwischenbereich abdecken.Beispiele für konventionelle Makroverkapselungen zeigtAbbildung 4: Kunststoffbehälter in flacher Ausführungoder als Kugeln, Beutel usw. … Mit dieser Technik lassensich beliebige Materialklassen “verpacken“. Jedochsind solche Verkapselungen aufgrund ihrer Größe nichtüberall einsetzbar.Um PCM anderen Materialien, z. B. Baustoffen, zugebenzu können, ist es notwendig, die Mikroverkapselung einzusetzen.Durch die geringe Größe können die Kapselngleich bei der Herstellung des Baustoffes beigemischtwerden, sodass sich dessen Handhabung auf der Baustellenicht von einem herkömmlichen Baustoff unterscheidet.Auch ein weiteres Bearbeiten während derNutzungsphase ist möglich, denn die Kapseln werdenaufgrund ihrer geringen Größe mit hoher Wahrscheinlichkeitnicht beschädigt. Sollten einzelne dennoch Schadennehmen, so ist die austretende Menge verschwindendgering. Mikroverkapselte Paraffine sind seit etwa10 Jahren kommerziell erhältlich. Die Mikroverkapselungvon Salzhydraten sowie erste Ansätze zur Mesoverkapselungsind Gegenstand intensiver Forschung.Generell erfordert die meist geringe Wärmeleitfähigkeitdes Materials beim Bau von Wärmespeichern mit PCMausgeklügelte Be- und Entladesysteme. Diese müssenebenso wie die Speicherhülle auf oft beträchtliche Volumenänderungenvon PCM ausgelegt sein. Zentrale