Micronal PCM Katalog für Architekten und Planer 2010

Micronal ® PCMKatalog fürArchitekten und Planer2010www.micronal.de

INHALTSÜBERSICHTGrundlagenDer physikalische EffektDer Rohstoff Micronal PCMZyklenbeständigkeit / RAL-GütezeichenBeispiele für die AnwendungBerechnung mit PCMexpress / WirtschaftlichkeitVerwendung in aktiven SystemlösungenMarktprodukte mit Micronal PCMSystemlösungenMicronal PCM Produktbroschüre / -übersichtRealisierte Gebäude (kleiner Auszug)Marktprodukte im EinzelnenNational Gypsum - PCM Gipsbauplatte in USAMaxit Clima Gips-Maschinenputz AnwendungsberichtEBB – Lehmbauplatten mit PCM in UKIlkazell – Kühldecken und KühlsegelFHG ISE Projektbericht: Schulegebäude Luxemburg mit MonitoringPassiv Haus Institut: SimulationsstudieRAL Gütezeichen PCMBrandschutztechnische StellungnahmeTechnische Information Micronal DS 5007 XTechnische Information Micronal DS 5008 XVorl. Spezifikationsdatenblatt Micronal DS 5007 XVorl. Spezifikationsdatenblatt Micronal DS 5008 XProjektberichte der LUWOGE und BASF UKBINE Informationsdienst: Latentwärmespeicher in GebäudenStand der PCM Entwicklung für Gebäude allgemein.Stand 03/2010

Temperaturmanagement –in seiner leichtesten FormMicronal ® PCM der BASFDipl. Ing. (FH) Marco F. Schmidt, EDK/BB-H201BASF SE, Ludwigshafen, Germany Stand: 12/2009Phase Change Materials in GebäudenGliederungDer physikalische EffektPCM-Mikrokapseln der BASFVerhaltenHerstellungLeistungsfähigkeitAnwendung in der PraxisPassive PCM-SystemeAktivePCM-SystemeWirtschaftlichkeit von PCMSoftware / Verfügbare ProdukteGanzjährig kühl: Kirche in Wissembourg, F

Sommer und WinterWärmedämmung vermindert Verluste durch die Wand im WinterIm Sommer größter Energieeintrag durch Fenster und innere LastenWirksame Temperaturregelung nur durch:WärmespeicherungSchattierungNachtlüftungresultierende= Innenraum-TemperaturDämmung2 Verbundprojekte in1999-2003 + 2004-2007FKZ: 0329840 A-D FKZ: 0327370 F-IVerbundprojekt-Partner:Gefördert durch: Organisation: Ein Forschungsbereich von:Für den winterlichen Wärmeschutz ist eine gute Wärmedämmung das Aund O. Sie verhindert Wärmeverluste und sorgt für geringenEnergieverbrauch durch Heizung. Das eigentliche Problem bei derTemperierung von Gebäuden zeigt sich jedoch oft erst im Sommer.Auch im Sommer reduziert die Isolierung die Aufheizung des Gebäudesdurch die Wände. Doch der Hauptanteil an Wärme dringt in Form vonSonnenstrahlung durch die Fenster ins Gebäude ein. Die Fenster sinddamit das Einfallstor, welches der Wärme den Weg an der Dämmungvorbei öffnet. Ist die Wärmeenergie einmal in die Räume gelangt,verhindert eine gute Isolierung zusätzlich die Auskühlung in den kühlerenNachtstunden. Das Ergebnis aus dem Zusammenspiel von Fensterfläche,Orientierung des Gebäudes, aktuellem Klima, Masse des Gebäudes,Isolierung und inneren Energiequellen schlägt sich in einer resultierendenInnentemperatur nieder. Die sich einstellende Temperatur ist also nur dasResultat aus Energiemengen im Raum.Einen entscheidenden Anteil an der sich einstellenden Temperatur hat dieMasse des Gebäudes. Ein schweres Gebäude kann Temperaturspitzendurch seine Masse abpuffern. Als Beispiel dient der Vergleich einerWellblechhütte mit dem Kölner Dom. Vom thermischen Verhaltengesehen, befindet sich jedes Gebäude zwischen diesen beiden Extremen.In der Wellblechhütte sind die Temperaturen bei Sonneneinstrahlungunerträglich. Der Kölner Dom bleibt durch seine dicken Mauern auch imHochsommer angenehm kühl. Ziel muss und kann es darum auch heutesein, den sommerlichen Wärmeschutz mit geeigneten Materialien undKonstruktionen zu erreichen und nicht auf energiehungrige Klimaanlagenzu vertrauen.3

Wärmespeicherung: 2 ArtenPhasenumwandlung„Schmelz-/ Kristallisationswärme“Eis-Wasser: H=333 kJ/kgbei 0°C333 kJ/kgTemperaturdifferenz„Wärmekapazität“Wasser: cp 4,2 kJ/kg . K1°C -> 80°C332 kJ/kgUm 1 kg Eis zu schmelzen (bei 0°C), wird die gleiche Wärmemengebenötigt, wie zur Erhitzung von 1kg Wasser von 1°C auf 80°C.Worin unterscheidet sich „latente Wärme“ von „sensibler Wärme“ ?Die Natur gibt das Vorbild. Wasser liegt in den 3 Aggregatszuständen fest, flüssig undgasförmig vor. Der Übergang von einer in die andere Form benötigt sehr viel Energie –bzw. setzt viel Energie frei.In heißem Wasser wird die Energie „sensibel“, also in Form von „fühlbarer“ Wärmegespeichert. Bei der „latenten“ Wärmespeicherung erfolgt die Speicherung einzig imPhasenzustand bei konstanter Temperatur. Da diese Wärmeumsätze nicht alsTemperaturveränderung gefühlt werden können, werden sie als „latent“ bezeichnet.Um einen Eindruck zu bekommen, welche Energiemengen in einem Phasenüberganggespeichert sein können, ist Wasser ein gutes Beispiel. Wird 1kg Eis bei 0°C zu 1kgWasser bei 0°C geschmolzen, wird die Energiemenge von 333kJ/kg umgesetzt. Mit derselben Energiemenge kann das selbe 1kg Wasser von 1°C auf ca. 80 °C erwärmtwerden.4

Masse contra PCMWärmespeichervermögen im Vergleich*15mm PCM-Putz, 3kg/m² Micronal ® PCM7 cm Beton10 cm ZiegelDas Problem kommtdurch die Fenster !* Verglichen wird 1x Schmelzvorgang (23,62J/g von 25,5°C bis 27,5°C nach RAL)mit 2K Temperaturänderung bei spez. Wärme Beton + Ziegel 0,84J/gKund Dichte 2kg/dm³ Beton bzw. 1,4kg/dm³ ZiegelPCM ist die EINZIGE Technologie, die einen STOP im Temperaturanstiegin Innenräumen ermöglicht, ohne Energiekosten zu verursachenUm ein angenehmes Raumklima auch im Sommer ohne aktive Klimatisierung zuerreichen ist thermisch Masse unerlässlich.Die Lösung, um dies in Gebäude einzubringen heißt „Latente Wärmespeicherung inBaustoffen“. Durch die intelligente Nutzung des vorbeschriebenen physikalischenEffektes gelingt es, den Komfort deutlich zu steigern. Hierzu werden Wachse mit derrichtigen Schmelztemperatur in mikroskopisch kleine Kunststoffkapseln verpackt und z.B.in Putze oder Trockenbauplatten eingearbeitet. Auf diese Weise eingebrachterLatentwärmespeicher puffert die Innenraumtemperatur genau dann ab, wenn dasGebäude droht zu überhitzen. Mit einem Schmelzpunkt von ca. 23 oder 26°C beginnt dielatente Wärmespeicherung in diesem Bereich, die überschüssige Wärme dem Raum zuentziehen. Das Resultat ist ein Innenraum, welcher sich nicht weiter aufheizt. Er bleibt alsstressfreie Arbeitsumgebung bzw. mit einem angenehmen Wohnklima weiterhin nutzbar.Temperaturspitzen werden gekappt, wodurch ein erheblicher Komfortgewinn erreichtwird.Da es sich um einen Wärmespeicher handelt, ist die verfügbare Gesamtmengeentscheidend dafür verantwortlich, wie viele heiße Sommertage überbrückt werdenkönnen, bis der „Akku“ voll ist und keine weitere Wärme mehr dem Raum entzogenwerden kann. Genauso wichtig wie die Beladung ist die Entladung des Speichers. Hierfürwerden die kühleren Nachtstunden genutzt. D.h. ein Gebäude mit PCM (Phase ChangingMaterial) sollte durch Nachtlüftung von der gespeicherten Energie befreit werden. Hierbeiunterscheidet es sich nicht von einem schweren Massivbau. Diese Überlegung führtdazu, dass sommerlicher Wärmeschutz in Gebäuden immer als Konzept zu betrachtenist. Speicherung ist der eine Aspekt – Regenerierung der andere. So sollte z.B. dieMöglichkeit von sicherer Fensteröffnung ohne Einbruchgefahr vorgesehen werden, umeine ausreichende Spülung des Gebäudes mit kühler Nachtluft zu gewährleisten.5

Mikrokapseln = dichte VerpackungTränken von Baustoffen mit PCMkann zu Ausschwitzen führen.Mikroverkapselte Latentwärmespeicherumgehen diese Problematik.Polymerhülle5µmWachsFp: ca. 26°CH: 110J/gDurch die Verlagerung von Temperaturspitzen in die Nacht werden nebendem Komfort erhebliche Kosteneinsparungen ermöglicht. Klimaanlagenkönnen vermieden werden oder zumindest mit kleinerer Spitzenlastausgelegt werden. Dies bringt direkt mehr Nutzfläche bei gegebenerGrundfläche. Ebenso müssen Zwischenmauern nicht mehr unbedingtmassiv gemauert werden, wodurch nutzbare Grundfläche im Innerengewonnen wird. Die Nettonutzfläche von Büro- und Wohngebäuden steigtan – ein direkter Kostenvorteil bei der Erstellung und in der Vermietung.Die Lösung der BASF, um das Latentwärmespeichermaterial sicher inBaustoffe aller Art einbringen zu können, ist die Mikroverkapselung.Kleinste Wachströpfchen (2-20µm Durchmesser) werden mit einerhochfesten Kunststoffhülle ummantelt. Diese Mikrokapseln sind absolutdicht, sicher zu verarbeiten und frei von Formaldehyd. Schleifen, Bohren,Schneiden etc. nehmen die Kapseln klaglos hin, denn durch die geringeGröße sind sie praktisch unzerstörbar.Durch die Verkapselung wird das Wachs zudem in seiner hochreinenForm geschützt, wodurch die maximale Wärmespeicherkapazität von 110kJ/kg dauerhaft gewährleistet ist. Prinzipiell ist jede gewünschteSchalttemperatur herstellbar. Micronal ® DS 5000 X nimmt dieWärmeenergie der Umgebung bei ca. 26°C auf. Dies ist die mitComputersimulationen bestätigte optimale Temperatur, wenn es umpassiven sommerlichen Wärmeschutz in Gebäuden geht.6

PCM Herstellung - SprühtrocknungHeißeTrockenluftPCM – DispersionSprüh –TrockenturmLuft PulverPCM – PulverBei der Herstellung erhält man ein flüssiges Produkt, in dem die Mikrokapseln in Wasserdispergiert sind. Alle Anwendungen, in denen die flüssige Form verwendet werden kann,greifen auf diesen Rohstoff zurück. So braucht Gips für die Abbindung ohnehin Wasser,welches durch die PCM-Lösung gleich mitgebracht wird.Verlangt die Anwendung jedoch nach einem pulverförmigen Rohstoff, so kann durchzusätzliche Sprühtrocknung das Wasser entfernt werden. Dies ist z.B. der Fall beitrockenen Fertigmischungen in Gips- oder Zementmörteln (Werktrockenmörtel), welchein Säcken oder im Silo geliefert werden. Die BASF ist damit im Moment der weltweiteinzige Hersteller, welcher formaldehydfreie mikroverkapselte Latentwärmespeicher ingroßen Mengen zu Verfügung stellen kann.7

Dauertest an PCM-MikrokapselnDauertest mit24 Zyklen/Tag; Zeit: 16 Monate10.000 Zyklen (beendet)DSC unverändertkeine defekten KapselnFoggingtest bestandenDie Dauerhaftigkeit muss natürlich gewährleistet sein. In langenZyklentests wurde das Material auf Herz und Nieren geprüft. Dabeiwurden 10.000 Zyklen durchlaufen, wobei sich das Material praktisch nichtveränderte. Sowohl Dichtigkeit als auch Schmelzwärmekapazität warenauf dem selben Niveau, wie zu Beginn des Tests. Nimmt man 300Schaltvorgänge pro Jahr bei Innenanwendung in Gebäuden an (1xWärmeaufnahme und -abgabe pro Tag), entsprechen die 10.000 Zykleneiner Mindestlebenserwartung von > 30 Jahren.Um dem Endanwender mehr Sicherheit zu geben, haben sich namhaftePCM-Hersteller in Deutschland zusammengeschlossen und gründeten dieRAL Gütegemeinschaft PCM e.V. Ziel war die Schaffung eines RALGütezeichen PCM. Das nach den strengen Regeln des RAL DeutschenInstitut für Gütesicherung und Kennzeichnung e.V. anerkannteGütezeichen legt die Prüfkriterien für qualitativ hochwertige PCM-Produktefest. Die Zyklenbeständigkeit ist dabei ein wichtiger Faktor.Selbstverständlich ist auch die BASF Gründungsmitglied in derGütegemeinschaft PCM e.V. und prüft nach den vorgegebenen Kriterien.Weitere Informationen sind zu finden unter: www.ral.de8

Komfortgewinn im LeichtbauKomfort heißt: angemessene Temperaturen ohne ÜberhitzungSpeichervermögen ist durch Masse oder PCM erreichbar.PCM reagiert sprunghaft, Masse jedoch nur träge.Schneller:Hohe Energieaufnahme sobald es nötig wird.Konzentriert nahe der Oberfläche bei Wänden / DeckenSchnellere Entladung durch Nachtlüftung.Gleiche Wirkung:200 to Baustoffe, wie z.B. Beton oder Stein – linear bei Temperaturanstieg7 to PCM (110kJ/kg) – dann aktiviert, wenn die Temperatur kritisch wird.Faustformel: 3kg PCM Wirkstoff je m² Nutzfläche sollten mind. eingebaut werdenBereits 7 Tonnen von Latentwärmespeichermaterial in einem Gebäude verarbeitet,simuliert i.e. 200 Tonnen Beton bzw. Baustoffe. Damit würde sich die thermische Masseeines Einfamilienhauses praktisch verdoppeln, wobei so viel selbstverständlich nichtbenötigt wird bei solchen Gebäuden. Durch die spezielle Eigenschaft derLatentwärmespeicher, sich erst bei der gewünschten Temperatur einzuschalten, gilt alsFaustformel: 300 bis 400 kg Wirkstoff für ein Einfamilienhaus beziehungsweise 3kg Wirkstoff je m² Nutzfläche. Damit kann in etwa die Energiemenge aufgenommenwerden, die an einem Tag im Sommer für Überhitzung im Innenraum sorgen würde. Diegenau benötigte Menge muss am konkreten Objekt ermittelt werden.Der Vorteil dabei ist, dass die Wirkung konzentriert einsetzt, wenn das Gebäude sichanschickt, zu überhitzen. Damit sind die Latentwärmespeicher üblichen Baustoffen weitüberlegen, die sich linear mit der Temperatur erwärmen. Auch die Entladung durchNachtlüftung ist deutlich schneller möglich, denn i.d.R. werden PCM-Baustoffe nahe derOberfläche positioniert (z.B. als Putzsysteme oder im Trockenbau).9

Eckpunkte für LatentwärmespeicherWas geht:Was nicht geht:Aktive und passive SystemeKühlenergie einsparenTGA effizienter gestaltenEffekt im Gebäudedesign nutzbarKombiniert m. SonnenkollektorenReduktion der Veralgung möglichLatentwärmespeicher könnenDämmung in keinem Fall ersetzenAußeneinsatz an Fassaden fürsommerlichen WärmeschutzAktiv beheizen oder abkühlenLufttrocknungEin Hauptaugenmerk bei der Entwicklung der Latentwärmespeicher liegtauf dem Komfortgewinn durch passive Gebäudekühlung. Damit zielenLatentwärmespeicher auf das letzte prinzipielle Problem in Gebäuden: Dersommerliche Wärmeschutz.Durch den Einsatz von kleiner dimensionierten Klimaanlagen – oder denkompletten Verzicht darauf – kann viel Kühlenergie und Folgekostengespart werden. In welchem Umfang das möglich ist, muss für jedesGebäude neu bestimmt werden. Computersimulationen haben ergeben,dass durch den Effekt der Wärmeeinspeicherung bei Tag undWiederabgabe in den kälteren Nachtstunden, auch ein Energie-Einspareffekt zu erzielen ist wenn es um „Heizen“ geht. Dies vor allemdurch Verschiebung von überschüssiger und kostenloser Sonnenwärme indie kühleren Abendstunden in der Übergangszeit. Dadurch muss eineventuell vorhandener Gasbrenner erst später am Abend seine Arbeitaufnehmen, um das Gebäude vor dem auskühlen zu schützen. Dabei wirdausgenutzt, dass die Wand insgesamt ein höheres Energieniveau besitzt.Mit der neuen dynamischen Gebäudesimulation „PCMexpress“ ist esPlanern und Architekten möglich, die erreichbaren Effekte im Vorfeld zuberechnen. Seit Frühjahr 2008 steht dieses Simulationstool derÖffentlichkeit zur Verfügung. Es ist frei erhältlich zum Download unterwww.micronal.de.10

Erstes kommerzielles Objektmit passivem KühlkonzeptBürogebäude in OffenburgCa. 5000m² NutzflächeStahl+Weiß, Büro für Sonnen EnergieBertoldstr. 45, D-79098 Freiburg, www.stahl-weiss.deKonzept :verstärkte DämmungJalousie mit Tageslichtlenkungreine Nachtauskühlungkeine KlimatisierungLehman Architekten, Franz-L-Mersy-Straße 5D-77654 Offenburg, www.lehmann-architekten.de Ziel: Low tech- Gebäude mit gutem thermischen Komfortbei geringem EnergieverbrauchFa. Maxit in Merdingen entwickelte den PCM-Gipsputz „maxit-clima ® “, welcher genau wieein normaler Gipsputz angewendet wird. Zusätzlich zu den Aufgaben eines Putzes liefertdieses Produkt jedoch nun auch eine Klimafunktion zum Temperaturmanagement inInnenräumen. Grundsätzlich gilt für PCM-haltige Bauprodukte, dass sie nicht mehr mitihren unmodifizierten Ausgangsprodukten vergleichbar sind, da sie zu echtenFunktionselementen in Gebäuden werden.Dieser „intelligente“ Putz wurde erstmals in einem kommerziellen Objekt zur passivenGebäudekühlung eingesetzt: Das neue Verwaltungsgebäude des badischenEnergieversorgungsunternehmens Badenova in Offenburg. In diesem Fall traf dieLeistungsfähigkeit des Putzes genau die Bedürfnisse des Architekten nach höhererthermischer Speichermasse ohne Mehrgewicht im Gebäude. Da auf eine künstlicheKlimatisierung auf jeden Fall verzichtet werden sollte, boten sich dieLatentwärmespeicher der BASF in Form des Klimaputzes „maxit-clima ® “ als Lösung an.Der Putz ist bei Fa. Maxit direkt erhältlich. Weitere Informationen unter: www.maxit.de11

Badenova, Offenburg:Dynamische TemperatursimulationGefühlte Temperatur während der ArbeitszeitKomfortbereich nach DIN 1946Nur 22 Stunden im Jahraußerhalb gewünschtem Bereich© 2004 Büro Stahl+Weiß, Büro für Sonnen Energie, Freiburg,Präsentiert a.d. Renexpo 2004, AugsburgImmer wieder steht natürlich auch die Wirtschaftlichkeit eines solchenSystems auf dem Prüfstand. Stellt man Überlegungen in dieser Richtungan, muss man sich immer bewusst sein, dass es sich um ein passivesSystem handelt, welches natürlich nicht wie bei einer Klimaanlage einfachein- und ausgeschaltet werden kann. D.h. es können unter UmständenSituationen entstehen, in denen eine zu lange Hitzeperiode dieSpeicherfähigkeit des Systems überlastet. Dafür erhält man für einenGroßteil des Jahres gut klimatisierte Räume ohne einen Cent anEnergiekosten für die Kühlung.Im konkreten Fall in Offenburg wurde mit Gebäude- Simulationenüberprüft, ob das passive Kühlkonzept aufgeht. In der Grafik steht jederblaue Punkt für eine Stunde Innentemperatur gegenüberAußentemperatur. Die eingezeichneten Temperaturbereiche zeigen diezulässigen Grenzen nach Arbeitsstättenrichtlinie in Deutschland an.Innerhalb der Grenzen kann das Raumklima als Angenehm bezeichnetwerden. Die Grafik zeigt, dass das Gebäude nur an 22 Stunden imsüddeutschen Sommer den zulässigen Bereich leicht verlassen hat. Fürein passives Konzept, welches keinerlei Zusatzenergie für die Kühlungbenötigt, ein hervorragendes Ergebnis. Denn einen ähnlichen Effektkönnen selbst aktiv klimatisierte Gebäude zeigen, wenn die Kapazität derinstallierten Kühlleistung überschritten wird.12

Wirtschaftlich und ökologisch ?PCM contra KlimatisierungVergleich Betriebskosten VerwaltungsgebäudeGebäudebeschreibung: MIBA OffenburgVergleichsgebäude 1Fassade: Kastenfensterfassade mit Nacht-Lüftungsflügeln Fassade mit Wärmeschutzverglasung und Lüftungsflügeln, keine NachtlüftungSonnenschutz: Hüppe TLT mit Blendschutz integriert,Tageslichtnutzung und Ausblick imAußenliegender Sonnenschutz ohne Lichtlenkung,zusätzlich innenliegender Blend/Sichtschutzgeschlossenen ZustandHeizung: statische HeizflächenBetonkernaktivierung + Konvektor (Einzelraumregelung)Kühlung: -Betonkernaktivierung + KompressionskälteLüftung: Büros natürl. Lüftung, innenl. Räume WRG Büros natürl. Lüftung, innenl. Räume WRGEndenergiePrimärenergieEnergieverbrauch MIBA Offenburg Vergleichsgebäude 1 MIBA OG Vergl. Geb.Fläche Wärme Kälte Elektro Wärme Kälte Elektro Wärme Kälte Elektro Wärme Kälte Elektrom² kWh/(m² a) MWh/a kWh/(m² a) MWh/a MWh/a MWh/aBGF 6444Hauptnutzfläche* 4040 55 ~ 20 222 ~ 79 65 20 30 263 81 123 482 900Nebennutzfläche* 480 55 ~ 15 26 ~ 7 65 ~ 20 31 ~ 10 51 63Verkehrsfläche * 1290 55 ~ 10 71 ~ 13 65 ~ 15 84 ~ 19 117 150Tiefgarage 0 ~ ~ 10 ~ ~ 0 ~ ~ 10 ~ ~ 0 0 0NGF 5902 5810 m² EBF 320 99 5810 m² EBF 378 81 152 649 1113Warmwasserverbrauch 20 20 24 24 EinsparungEndenergie Wärme 340 398 673 1137 464mittl. gebäudespezifischer Verbrauch [kWh/(m²NGF a)] 55 17 65 40 148 250 t CO2/ aBetriebsbedingte CO2-Emission 102 Einsparung t CO2/ a* Flächen gehören zur Energiebezugsfläche spez. PE-Verbrauch ohne TG 116 196 kWh PE/m²aÖkonomische RahmendatenEnergiepreissteigerung Zinssatz 5% Annuitätenfaktor 0.0802 1/aÖl/Gas/Strom/wasser Nutzungsdauer 20 a Preissteigerung 5%Mittelwertfaktor 1.605 spez. PrimärenergieBetriebskosten LA Vgl.Geb DifferenzMIBA OG Vergl. Geb.Wärme Öl/Gas/Fernwärme 45 €/MWh 24525 28722 64 75Kälte 100 €/MWh 0 12969 0 14Elektrizität 100 €/MWh 15936 24375 51 78Summe Betriebskosten 40461 66067 25605 €/a 116 168mittlere Betriebskosten bezogen auf Hauptnutzfläche und Monat 0.83 1.36 0.53 €/(m²HNF Monat)© 2004 Büro Stahl+Weiß, Büro für Sonnen Energie, Freiburg,Präsentiert a.d. Renexpo 2004, Augsburg100 t CO 2Einsparung p.a.25.600 € p.a.KostenersparnisDer Wohlfühlfaktor ist nur ein Teilaspekt der Leistungsfähigkeit von PCM. Wesentlichwichtiger für Bauherren und Investoren ist natürlich die Wirtschaftlichkeit, welche vomBüro Stahl + Weiß in Freiburg für dieses Gebäude untersucht wurde: Es zeigt sich, dassein Kühlkonzept auf Basis von Latentwärmespeichern sehr attraktiv ist. DieVergleichsrechnung bezieht sich auf ein Kühlkonzept mit Betonkernaktivierung imgleichen Gebäude. Unter Einbeziehung aller Randbedingungen ergibt sich eine jährlicheKostenersparnis von über 25.000€. Die Mehrkosten für einen PCM-Gipsputz wären so inweniger als 2 Jahren amortisiert.Da keine Energie zur Kälteerzeugung benötigt wird, ist auch die ökologische Betrachtunginteressant. Zurückgerechnet auf die Primärenergie ergibt sich eine CO 2-Einsparung vonüber 100t pro Jahr.13

Ist PCM denn wirtschaftlich ?Beispiel DachgeschossAls weiteres Beispiel für eine mögliche Gegenüberstellung sei ein Dachgeschoss einesEinfamilienhauses mit oder ohne ca. 70m² PCM-Flächen betrachtet. Für die dynamischeGebäudesimulation werden dabei die Deckenflächen mit PCM-Gipsbauplatte belegt,wobei die Wahl des Baustoffs (Putz, Gipsbauplatten, Spanplatten etc...) letztendlich freibleibt. In diesem Fall liegt der jährliche Kältebedarf bei ca. 100kWh. Diese kann entwederüber eine Kälteanlage bereitgestellt werden, oder aber man überlässt diese Arbeit demPCM. Bei einer angenommenen Energiepreissteigerung von 10% und Unterhaltskostenvon 5% p.a. für die Klimatisierung ist die Amortisation bereits nach gut 5 Jahren erreicht.Nach einem Betrachtungszeitraum von 20 Jahren wird ein positiver Kapitalwert von 6190€ ermittelt. Hierbei ist berücksichtigt, dass die Lebensdauer der aktiven Kühlung mit 15Jahren angenommen wurde, wohingegen die Funktion des Micronal ® PCM unbegrenztüber die Nutzungszeit im Gebäude ist. Dies zeigt, dass neben ökologischen Argumentenauch handfeste ökonomische Fakten für den Einsatz von Micronal ® PCM sprechen. Diedynamische Gebäudesimulation PCMexpress kann flexibel auf jedes Gebäudeangewendet werden. Somit lassen sich die konkreten Werte individuell bestimmen.14

Berechnungssoftware PCMexpress fürVergleich von Varianten “mit/ohne PCM“PCMexpress ist ein Planungs- und Simulationsprogramm für Gebäude mitPhasenwechselmaterialien (PCM). Es soll Architekten und Planer bei der Planungunterstützen, indem es quantitative Aussagen zum PCM- Effekt im konkretenAnwendungsfall trifft und somit eine gesicherte Entscheidungsfindung für den Einsatz vonPCM- Bauprodukten im Gebäude ermöglicht.Hierzu ermöglicht PCMexpress den Anwendern auf einfache Art und Weise, ein PCM-System zu definieren. Dieses umfasst den Einsatz von PCM bei Wand- undDeckenaufbauten genauso wie Veränderungen an der zugehörigen Haustechnik. Hierbeisoll insbesondere der Low-Exergie-Ansatz (= Heizen und Kühlen mit kleinenTemperaturdifferenzen) in Form von aktivierten Bauteilen (Flächenheizung, Kühlflächen)und energiesparenden Kühltechniken unterstützt werden. Der Einsatz von PCM lässt sichje nach Gegebenheiten durch erhöhten Komfort oder durch eineWirtschaftlichkeitsbetrachtung begründen. Beide Strategien werden vom Programmdurch eine entsprechende Nutzerführung, vordefinierten Nutzungsprofilen sowie mitangepassten Ergebnispräsentationen unterstützt. (Kostenloser Download unter:www.valentin.de)Das Programm PCMexpress ist im Zusammenhang mit dem Forschungsvorhaben„Aktive PCM-Speichersysteme für Gebäude“ entstanden, welches in Zusammenarbeit mitdem Fraunhofer Institut für solare Energietechnik (ISE) in Freiburg und weiterenIndustriepartnern durchgeführt wurde. Die Partner danken dem BMWi, das dieAusführung der Arbeiten ermöglichte und unter den Förderkennzeichen FKZ 0327370Sund 0327370F-K förderte, sowie dem Projektträger Jülich für die Begleitung.15

Holzleichtbau bisher und optimiert mit PCMTemperaturverlauf BeispieltagR1Gleichmäßiges TemperaturniveauRaum 1 im OG28,3°CdT = 8,5°C- 3,5°C T maxdT = 3,8°C25,0°CAls weiteres Beispiel für die Leistungsfähigkeit einer PCM-Baustofflösung im Leichtbau isthier ein reales Gebäude dargestellt, welches in dieser Form am Markt inHolzleichtbauweise angeboten wird. Die fehlende Masse wird in der entsprechendenModellsimulation durch einer PCM Gipsbauplatten – Beplankung an den Dachschrägenund einer Innenwand ersetzt. Die Rechnung wurde mit realen Wetterdaten aus Berlindurchgeführt. Wand- und Deckenaufbauten, sowie Fensterqualitäten entsprechen demrealen Aufbau.Deutlich ist das wesentlich gutmütigere Temperaturverhalten im Dachgeschossabzulesen. Mit diesen Randbedingungen werden ca. 3,5°C niedrigereSpitzentemperaturen am 26. Juli verzeichnet. Bei einer anderen geografischen Lage oderOrientierung des Gebäudes können diese Werte natürlich schwanken. Mit PCMexpresslässt sich das selbe Gebäudemodell sehr einfach an jeden beliebigen Ort in Europa„verlegen“ und damit der Einfluss des Klimas abschätzen. Es ist auch möglich, denEinfluss der Verschattung und/oder Wandaufbauten sehr schnell zu optimieren. Denn einguter Aufbau in München muss noch lange nicht der Beste für Hamburg sein.PCMexpress bietet also neben der Abschätzung des absoluten PCM- Effektes im konkretgeplanten Objekt auch die Möglichkeit das Gesamtkonzept in Hinblick aufEnergieeffizienz und Komfort iterativ zu optimieren.16

Holzleichtbau bisher und optimiert mit PCMTemperaturverteilung+ 359 h Komfort- 158 h >26°CRaum 1 im OG (Innenwand 23°C, Dach 26°C)In der Ergebnisdarstellung von PCMexpress können nach der Simulation weitere Datenabgerufen werden. Hier ist die Verteilung der Raumtemperaturen in % des Jahresaufgetragen. Die Verbesserung des thermischen Komforts gegenüber der herkömmlichenBauweise ist erheblich:Da das eingesetzte PCM die Zeiträume über 26°C zu Zeiträumen unter 26°C wandelt,verweilt der Dachraum wesentlich länger im Komfortbereich von 21°C-26°C. Der Nutzerfindet ihn um mehr als 360 Stunden länger komfortabel vor.Gleichzeitig gehen natürlich auch die Überhitzungszeiten im Dachgeschoss von 368 Std.auf 210 Stunden zurück. Das heißt, dass es in diesem passiven Anwendungsfall ohneSchalter und Steckdose schon noch zu Überhitzung kommen kann, die absolutenZeiträume sind jedoch erheblich reduziert. In welchem Umfang das im konkretenGebäude passiert, kann und muss mittels PCMexpress im Vorfeld bestimmt werden.Aufgrund der jeweiligen Ergebnisse können dann die notwendigen Entscheidungenbezüglich optimaler Schalttemperatur, gewählter Verschattungslösung oder benötigterPCM-Menge getroffen werden.17

Komfortgewinn im Holzleichtbau konkretIn dieser Beispielkalkulation wird das zuvor beschriebene Musterhaus in Bad Kissingenplatziert und die Auswirkung auf die Tage >26°C ermittelt. 280 Stunden mit Überhitzungim Referenzfall stehen 61 Stunden Im PCM-Fall gegenüber. Diese Zahlen lassen jedochdie Tragweite nicht so leicht erkennen, als wenn die relevanten Tage mit/ohne PCM aufeiner Kalenderübersicht gegenüber gestellt werden.Es ist nun im Falle „Komfortbetrachtung“ ohne eine geplante Klimatisierung in beidenFällen eine subjektive Entscheidung des Bauherren, ob das PCM zum Einsatz kommtoder nicht. Eine Amortisation über Energieeinsparungen kann sich nicht ergeben, daohnehin keine Klimatisierungskosten anfallen würden. Je nach Angebot des Verarbeitersist diese Entscheidung dann für jedes konkrete Gebäude neu zu treffen.18

Aktive PCM-Systeme in größeren ObjektenHoher Energieeintrag in modernenGebäuden erfordert TemperaturregelungTechnologie-Wechsel denkbar und nötig:Kompressor -> Kühlturm oder ErdkühlungAktive Konzepte:Rückkühlung mit Wasser oder LuftBetonkernaktivierung plus PCMKapillarrohrmatten im Putz plus PCMIlkazell – PCM KühldeckensegelTrockenbau plus PCMBeispiel für moderne Glasarchitektur:Printakademie Heidelberger-DruckViele Gebäude im Objektbereich müssen eine Regeltemperatur anArbeitsplätzen von max. 26°C einhalten. D.h. der Architekt ist gemeinsammit den Planern dafür verantwortlich, dass die Arbeitsbedingungen für dieMitarbeiter erträglich bleiben (Arbeitsstättenrichtlinie §6, 3.3). In denletzten Jahren hat sich hierfür neben den bekanntenKlimatisierungstechniken (Kühlluft) auch die Betonkernaktivierungdurchgesetzt. Hierbei wird mittels in der Betondecke eingegossenenWasserleitungen die Zwischendecke heruntergekühlt, um so am Tagedem Raum schonend die überschüssige Wärme zu entziehen. Hier spieltder Latentwärmespeicher seine Vorzüge aus, denn er spricht wesentlichschneller auf Temperaturspitzen an, als der träge Beton. Dadurch lassensich Temperaturspitzen am Tage abpuffern und mit niedriger Kühlleistungin der Nacht abtransportieren. D.h. Wärmemengen werden von Zeiten mitohnehin hohem Kühlbedarf zu späteren Zeiten verlagert. Dies ist inGebieten mit großen Differenzen zwischen Tag- und Nachtstrompreis sehrinteressant. Enorme Kosteneinsparungspotentiale sind realisierbar.Bei aktiven Systemen wählt man Latentwärmespeichermaterialien mitSchalttemperaturen zwischen 21°C und 23°C aus. Man befindet sichdamit mitten im Komfortbereich und kann den Schaltvorgang möglichsthäufig nutzen. Die Entladung wird auch durch das nun kleinereKühlsystem „garantiert“.19

Erstes kommerzielles Objektmit aktivem KühlkonzeptSanierungsobjekt: Gotzkowskistraße, BerlinEnergiekonzept: Büro EGS Plan, StuttgartAktive Klimatisierung zur Kühlenergieeinsparung1.100 m² „maxit clima ® “- Putz in 2 Stockwerken5 t Micronal ® PCM mit 23°C Schaltpunkt verarbeitetFoto: MFSIn diesem Office- und Wohngebäude in Berlin an der Spree wurde das Konzept derKombination von PCM mit aktiver Klimatisierung verwirklicht. In den oberen beidenStockwerken wurden Kapillarrohrmatten in den temperaturregelnden PCM-Gipsputz„maxit clima ® “ eingebettet (23°C Schalttemperatur). Sie werden mit Wasser durchströmt,welches auf dem Dach von einem Kühlturm seine Kühlenergie erhält. Diesesregenerative Kühlkonzept kappt die Temperaturspitzen am Tag durch PCM undermöglicht eine gleichmäßige und preiswerte Entladung während der Nachtstunden.Begleitend werden Messungen durch die TU Braunschweig durchgeführt, die dasVerhalten in der Realität dokumentieren. Insgesamt wurden 1.100m² Deckenfläche mitüblicher Maschinentechnik ca. 3cm stark verputzt. Unter www.micronal.de steht derkomplette Untersuchungsbericht zum Download zur Verfügung.20

Realisiertes Projekt:Büroneubau und -erweiterungPassivhaus-StandardVerbesserte TageslichtnutzungHoher klimatischer KomfortPilotanwendung neuer Technologien(LowEx)ENGELHARDT & BAUERDruckerei in Karlsruheca. 900m² Nutzflächeca. 240m² Kühldeckensegel eingebautDie erste Anwendung von systemintegrierten Kühldeckenelementen der Fa. Ilkazell,Zwickau, wurde 2006 im Büro-Erweiterungsbau der Druckerei Engelhart & Bauer inKarlsruhe realisiert. Gemeinsam mit den Spezialisten vom Fraunhofer Institut für SolareEnergiesysteme (FHG ISE, Freiburg) wurde ein optimiertes Konzept umgesetzt, welchesregenerative Kälte mit Energieeffizienz und höchstem Raumkomfort für die Mitarbeiterverbindet.Im Rahmen des EnSan – Förderprogramms findet in 2007/2008 ein geeignetesMonitoring statt, um die geforderte Effizienz zu gewährleisten und nachzuweisen.21

Regeneratives Kühlkonzept mit KühldeckenKühlquelle sind klein dimensionierte ErdsondenEnergieeffiziente Lösung, basierend auf regenerativem Kühlkonzept.Kein Wärmetauscher zwischen Kühlquelle und KühldeckensegelMinimaler technischer Aufwand, geringe Betriebs und Investitionskosten.FortluftPCM-KühldeckensegelNachtluftTagsüber Kühlungdurch StrahlungsaustauschNachtluft20kW bei 16°CKühlleistungFußbodenheizung mit Abwärme aus ProduktionDas Klimatisierungskonzept des Gebäudes basiert auf der regenerativen Kühlung durchErdwärmesonden, deren Kühlwasser im Kreis durch die Kühldeckensegel gepumpt wird.Die Regeneration des PCM erfolgt somit durch Wasser als Energietransportmedium undist unabhängig von den nächtlichen Temperaturen. Die Gebäudemasse wird durchNachtauskühlung mit automatischen Fensteröffnungen zusätzlich entladen. Tagsübererfolgt die Kühlung des Gebäudes durch stille Kühlung über die Kühlsegel. Das PCMdarin stellt im Bedarfsfall (bei unzureichender “just-in-time” Kühlleistung) weitereKühlreserven zur Verfügung und dämpft die Spitzenlast ab. Die Lüftungsanlage ist imSommerfall nur für den hygienischen Luftwechsel zuständig und übernimmt im Winterfalldie Luftführung für die Wärmerückgewinnung. Die Fußbodenheizung wird betrieben mitAbwärme aus der Produktionshalle, welche sich an das Gebäude anschließt. Allekonventionellen Kühlaggregate konnten entfernt werden.22

Kleiner Auszug von mit Micronal ® PCMrealisierten Gebäuden...2001: Unter der Federführung der LUWOGE wurde zusammen mit Herstellern derBauindustrie, Unternehmen der Gebäudetechnik und der BASF ein Konzept entwickelt,um aus innovativen Komponenten ein nicht nur unter energetischen Gesichtspunktenhocheffizientes Gebäude zu schaffen. Es wurde im 3 Liter-Haus ein PCM-modifizierterGipsputz und eine PCM-modifizierte Spachtelmasse eingebaut.2002: Im Rahmen einer passiven Klimatisierungslösung hat unser Partner maxit einengipsgebundenen Micronal-Latentwärmespeicher in den Büroneubau desEnergieversorgers Badenova in Offenburg eingebaut. Das gesamte Gebäude wurdevom Architekturbüro Lehmann in Offenburg und dem Büro für Sonnenenergie Stahl+Weißin Freiburg energetisch optimiert.2003: Im neuen Dienstleistungs- und Servicecenter (DSC) in der Nähe des BASF-Werksgeländes sind die Geschäftsstellen der LUWOGE und der BetriebskrankenkasseFortisnova untergebracht. Die Funktionalität und die ansprechende Gestaltung desDSC´s haben der LUWOGE und dem Architekturbüro Allmann Sattler Wappner den„Innovationspreis Architektur und Bauwesen“ eingebracht. Micronal PCM wurde im DSCin Form eines gipsgebundenen Latentwärmespeichers in eine Kühldecke mitKapillarrohrmatten eingebaut.2004: Die Sanierung eines Wohnungs- und Bürokomplexes in der Gotzkowskistraße inBerlin brauchte neue, innovative Lösungen zur Optimierung desGebäudetemperaturmanagements. In zwei Stockwerken wurde in den Büros eineKapillarrohrmatten-Kühldecke mit gipsgebundenem Latentwärmespeicher realisiert.2005: Im Jahr 2001 lud das SZ-Magazin renommierte Architekten aus dem In- undAusland zu einem Architekturwettbewerb ein: Gesucht wurde das Haus der Gegenwart.Das Siegermodell von AllmannSattlerWappner wurde realisiert und im Januar 2005eröffnet. Ein Bestandteil des passiven Lüftungskonzeptes war der Einbau von PCMmodifiziertenGipsbauplatten. Insgesamt wurden im Haus der Gegenwart 1.800 kgreines Latentwärmespeichermaterial verbaut.Seit 2006 hat sich Micronal PCM als energieeffiziente Bauweise sowohl in passiverAnwendung mit Nachtauskühlung wie auch als Komponente in aktiv gekühlten Gebäudenstark verbreitet.23

Micronal ® PCM – Sortiment und EndprodukteRohstoffsortiment:als Pulver oder flüssigmit 21°C, 23°C oder 26°CBaustoffsortiment:Maxit Clima ® – PCM- PutzCelBloc Plus ® – PCM- PorenbetonLebast PCM LehmbauplatteThermalCORE - PCM Gipsbauplatte...Die BASF als Rohstoffhersteller bietet ihren Kunden mikroverkapselte, formaldehydfreieLatentwärmespeicher in verschiedenen Formen (pulverförmig und flüssig) und inmehreren Temperaturbereichen an. Damit kann jeder Formulierer seine Produkte mitdieser Funktionalität ausrüsten und eigenständig in diesem dynamischen Markt agieren.Für die drei wichtigsten Anwendungsarten im Hochbau – statisch tragende Wände,Trockenbau und Nassapplikation sind reguläre Baustoffe im Markt verfügbar. AlleVerarbeiter am Bau können die Produkte über die üblichen Vertriebswege bestellen:-Fa. Lebast bietet fertig konfektionierte Lehmbauplatten für den Leicht- und Trockenbauan. Damit ist erstmals die latente Wärmespeicherung als Technologie genauso einfach zuverarbeiten, wie herkömmlicher Trockenbau – ohne dabei die Nachteile einer fehlendenGebäudemasse in Kauf nehmen zu müssen. (www.lebast-lehmbaustoffe.de)-Fa. H+H Deutschland GmbH bietet einen PCM modifizierten Porenbeton an, mit demstatisch tragende und hoch dämmende Massivwände erstellt werden können. Durch den„CelBloc Plus“ ist der PCM-Effekt schon im Rohbau enthalten. Er ist an seiner grünenSignalfarbe sofort von herkömmlichen Porenbetonsteinen zu unterscheiden. Eingleichmäßigeres Raumklima, konstanteres Temperaturniveau über das Jahr hinweg undauch signifikante Einsparungen im Bereich Heizenergie konnten nachgewiesen werden.-Fa. Maxit (jetzt Saint Gobain / Weber) am Standort Merdingen war seit Anbeginn derMicronal ® PCM Entwicklung engagierter Projektpartner. Seit 2003 bietet sie ihrenMicronal ® PCM- haltigen Gipsputz unter dem Namen „maxit clima“ für dieInnenanwendung an. Er erweitert damit das Sortiment an „Putzen mit Funktion“ aus demHause Maxit durch die Funktion „Wärmemanagement“. Das Produkt hatEntwicklungsstatus und kann bei Bedarf über BASF direkt beim Hersteller angefragtwerden.24

Die Micronal ® PCM – Gipsbauplatte:National Gypsum ThermalCOR in USAQuelle: www.thermalcore.info© National Gypsum 2009National Gypsum, Charlotte/USA, stellte am 11. November Ihre Gipsbauplatte'ThermalCORE' mit Micronal PCM von BASF auf der Greenbuild 2009 in Phoenix offiziellvor.ThermalCORE ist eine 12,5 mm starke Gipsbauplatte mit Glasfaseroberfläche.ThermalCORE enthält ca. 23% Micronal PCM und lässt sich verarbeiten wie normaleGipsbauplatten. Durch ihre Standarddicke von 12,5 mm eignet sich das Produkt vonNational Gypsum für Trockenwandaufbauten sowohl mit Doppel- als auch mitEinfachbeplankung. In kürze wird ThermalCORE auch in PCMexpress, der kostenlosenSimulationssoftware, nutzbar sein.Die Platte ist derzeit in den USA in sorgfältig ausgewählten Bauprojekten im Feldtest, umden vollen Umfang der Vorteile in der Nutzung genau zu ermitteln und publizieren zukönnen.Anfragen zu ThermalCORE richten Sie bitte direkt an National Gypsum unterwww.thermalcore.info oder an das Micronal PCM Team unter www.micronal.de.Als Faustformel gilt:10m² Platte stellen ca. 850Wh Speicherleistung zu Verfügung.Als Vergleich: 10m² Platten können die selbe Energiemenge aufnehmen, die etwa einFön in 1/2 Stunde Betrieb abgibt oder die mittels Sonneneinstrahlung durch 1m²Dachfenster an einem schönen Sommertag pro Stunde in den Innenraum eindringt.25

PCM-Platte als Systemgrundlage:Kühldeckenelement der Fa. Ilkazell, Zwickau1.) Metall-Rückseite, 2.) PUR– Hartschaum, 3.) Kapillarrohrmatten, 4.) PCM-GipsbauplatteMicronal ® PCM stellt die Grundlage für viele intelligente und energieeffizientSystemlösungen dar. Ein Beispiel sind die fertig integrierten Kühldeckenelemente der Fa.Ilkazell aus Zwickau. Abgeleitet aus der Sandwichtechnologie (Metalloberfläche / PUR-Hartschaum-Dämmung / Metalloberfläche) wurden hocheffiziente Kühldeckensegelentwickelt, die im einfachen Plug-and-Play an bestehende Wasser-Kühlkreisläufeangeschlossen werden können. Dabei wurde eine Metalloberfläche durch eine PCMGipsbauplatte ersetzt. Kapillarrohrmatten befinden sich auf der Rückseite der zum Raumhin orientierten PCM Schicht. Somit wird Wasser als Wärmeträger verwendet. Man wirdhierdurch unabhängig von Lufttemperaturen und die Entladeleistung steigt erheblich.Über Strahlungsaustausch mit dem darunter befindlichen Raum wird überschüssigeWärme entzogen – bei höchstem Komfort. Die Kombination mit PCM in der Deckeeröffnet die Möglichkeit auf regenerative Kälte zurückzugreifen, die nicht immer dann zurVerfügung steht, wenn die Kühlung gerade gebraucht wird. Die zeitliche Entkopplung vonWärmeanfall und Wärmebehandlung wird dabei vom PCM geleistet.Die Kühlelemente sind relativ leicht und können sowohl im Neubau als auch in derSanierung eingesetzt werden. Dort können sie u.U. eine Betonkernaktivierung ersetzen.Sie können deckenintegriert oder frei hängend montiert werden.Weitere Informationen unter: www.ilkazell.de26

Kühldecke hält Arbeitsbereich kühlFrei hängende Kühldecken-SegelWärmebild der aktiven KühldeckeVor RenovierungSpezifischer Verbrauch (elektrisch) im Bürobereich:80 kWh/m²aJährlicher spezifischer Heizwärmebedarf:160 kWh/m²aNach Sanierung (erwartet)Neuer Primärenergieverbrauch (voll klimatisiert):54 kWh/m²aWärmebedarf 21 kWh/m 2 a; gedeckt durch Abwärme der ProduktionRückbau aller Kühlgeräte, Installation einer regenerativen KühldeckeDie IR-Thermografie zeigt die Funktion der Kühlflächen. Ca. 50 W/m² werden dem Raumentzogen. Dies ist ausreichend für die üblichen Lastfälle in Büroanwendung. Geradewenn man in Betracht zieht, dass Energieeffizienz auch Reduktion von thermischenLasten mit ins Konzept einschließen muss, sind bisher übliche 70W/m² - und mehr - nichtmehr zeitgemäß. Der Anteil an PCM in den raumseitigen PCM-Gipsbauplatten reichttheoretisch für 2 Stunden Volllast ohne Kühlungsunterstützung. Liegt nur eine Teillast an,reicht die Wärmespeicherkapazität der Kühldecke entsprechend länger. Damit sind dieIlkazell-Kühldeckenelemente herkömmlichen Metallkühldecken ohne Speicherfähigkeitdeutlich überlegen – denn diese müssen immer “just-in-time” kühlen. Selbst eine Art„Notlaufeigenschaft“ im Leichtbau lässt sich realisieren.An vielen Tagen im Jahr kann die Kühlung damit komplett entfallen, da das PCM dieanfallende Wärme aufnimmt und in die Nacht verschiebt. Die nächtliche automatischeFensteröffnung sorgt dann für eine Entladung des PCM und des restlichenGebäudekörpers. Jede kWh, die nicht mit Kühleinrichtungen behandelt werden muss, istreale Einsparung und CO 2-Reduktion. Im diesem Fall resultiert ein “vollklimatisiertes”Bürogebäude mit einem Primärenergieverbrauch von nur 54kWh/m²a. Ein klarer Beweis,dass sich integrierte Konzepte schlussendlich rechnen.27

Der PCM-Porenbetonein Produkt von H+H DeutschlandZu den bisherigen technischen Eigenschaften von PorenbetonBrandschutz, Wärmeschutz, Schallschutzkommen die weiterentwickelten baubiologischen Eigenschaften:Abgepuffertes TemperaturverhaltenRegulierung der Luftfeuchtigkeit (ähnlich Holz oder Lehm)Risiko der Schimmelbildung geht gegen null, damit vermindert sich auch dasAllergierisiko ausgehend vom Wandbildner gegen nullQuelle: H+H DeutschlandDas Micronal ® PCM wurde von der Fa. H+H Deutschland zu einem innovativen Baustoffweiterveredelt. In Form eines PCM-haltigen Porenbetons ist es erstmals gelungen, einenstatisch belastbaren PCM-Baustoff zu schaffen. Unter dem Namen „CelBloc Plus“ ist eineganze Produktpalette ins Leben gerufen worden, die aktiv gegen Allergien im Hausbauvorgeht. Hierzu arbeitet H+H Deutschland eng mit Instituten wie dem ToxikologischenInstitut der Universität Kiel oder dem Allergieforschungszentrum Borstel zusammen.CelBloc Plus – Systembausteine vereinen viele positive Produkt- undSystemeigenschaften:•Natürliche Rohstoffe für die Herstellung: Quarzsand, Kalk, Gips, Wasser, Porenbildner.•Nicht brennbarer Baustoff: Für alle Brandschutzanforderungen das optimale Produkt.•Perfekte Regulierung der Raumluftfeuchte: Aufeinander abgestimmte Spezialbaustoffeund eine Endbeschichtung garantieren höchste Sicherheit vor Schimmelbildung•Wärmedämmung über dem Durchschnitt: 19 – 30% über der DIN-Forderung, das heißt,auch ohne zusätzliche Dämmschichten sparen Heizkosten ein•Höchste Wärmespeicherkapazität im Porenbeton: Durch den Einsatz eines latentenWärmespeichers wird mit gleichen Wandstärken doppelte Wärmespeicherkapazitäterreicht.Weitere Informationen, Kontaktangaben und Links zu verarbeitenden Bauunternehmensind verfügbar auf der Homepage des Herstellers: www.HplusH.de28

Der PCM-PorenbetonDämmleistung UND Masse„Der „Derstatisch ermittelteLambda-Wert allein ist istnichtdas dasMaß aller allerDinge –denn in inder derRealität handeltes essich sichum umdynamischeTemperaturvorgänge“M. M. SchmidtAußentemperaturennur λλ+ΔHzeitverzögertresultierendeInnentemp.Höchste Wärmespeicherkapazität im Porenbeton: Durch den Einsatz eines latentenWärmespeichers wird mit gleichen Wandstärken doppelte Wärmespeicherkapazitäterreicht. Im realen Anwendungsfall wird darum eine gleich bleibendereOberflächentemperatur erreicht, als es mit einem auf die Spitze getriebenen Lambda-Wert alleine möglich wäre.Außerdem steigt das Energieniveau der Wand, was auch zu erheblichen Einsparungenan Heizenergie führt. Dies wurde u. a. mit der dynamischen Gebäudesimulation„PCMexpress“ nachgewiesen.29

Wie wichtig wird Energieeffizienzvon Gebäuden zukünftig?Europaweit im FokusEnergiepass seit 2008 bundesweit PflichtBei jedem Mieterwechsel und VerkaufEnergieeffizienz wird marktrelevantes KriteriumÜbermäßiger (Kühl-)Energieverbrauch wird bestraftmit überproportionaler NebenkostensteigerungUnattraktivität des MietobjektsQuelle: denaletztlich auch erhöhtem LeerstandAuf europäischer und nationaler Ebene werden erhebliche Anstrengungen unternommen,die gesetzlichen Rahmenbedingungen dahingehend anzupassen, dass das Bewusstseinfür Energieeffizienz in allen Bereichen steigt. Nicht zuletzt aufgrund der Verpflichtung imKyoto-Protokoll zur CO 2-Minderung werden speziell auch im Bausektor die Regelnstrenger werden, denn im Gebäudebestand sind große Einsparpotentiale zu finden.Die Bundesregierung hat darum ab 2008 für alle Neuvermietungen (auch Mieterwechsel)und Verkäufe die Erstellung von Energieausweisen verpflichtend vorgeschrieben. Diesewerden anhand von Rechenwerten oder realen Verbrauchsdaten ermittelt und vonausgebildeten Energieberatern ausgestellt. Die Energieausweise werden ähnlich denVerbrauchsangaben bei Kühlschränken die Energieeffizienz vergleichend darstellen.Hierdurch wird erreicht, dass das energetische Verhalten eines Gebäudes oder einerWohnung nun ein relevantes Kriterium bei Vermietung oder für den Bauauftrag wird. Dieswird zu erheblichen Verschiebungen bei der Attraktivität von Gebäuden führen. EinMieter, welcher mehrere Objekte zur Wahl hat, wird u.U. nicht das für ihn teuerstewählen.Letztlich führt Geringschätzung des Energieverbrauchs durch den Eigentümer zuerhöhtem Leerstand bzw. Verlust von Bauaufträgen gegenüber anderen Bauträgern.Wenn es nun gelingt, mit Hilfe von PCM-Baustoffen die energetische Performance einesObjektes zu steigern, sind ganz andere finanzielle Aspekte im Vordergrund, als die reineEnergieersparnis gegenüber herkömmlicher Klimatechnik. Diese Überlegungen bietenauch für TGA-Planer eine große Chance für zukünftiges Wachstum mitsystemintegrierten Konzepten.Latentwärmespeicher sind eine hervorragende Lösung um langfristig und passiv densommerlichen Wärmeschutz zu gewährleisten und effizient Energie für Kühlzweckeeinzusparen. Die Produkte der BASF sind dabei die Zukunftstechnologie, die eine neueKlasse von Baustoffen ermöglicht und im Trockenbau Maßstäbe setzt. Architekten undPlaner bekommen damit ein Tool in die Hand, welches mehr Gestaltungsfreiraum imGebäudedesign, bessere Energieeffizienz und mehr Komfort ermöglicht. Einer derwichtigsten Bausteine bei der Entwicklung von modernen und nachhaltigen Gebäuden.30

A broader base for your successPolymer Dispersions for:ConstructionArchitectural CoatingsAdhesivesFibre BondingMicronal ® PCMIntelligentes Temperaturmanagementfür Gebäudewww.micronal.de

2 Micronal ® PCM Intelligentes Temperaturmanagement für GebäudeMicronal ® PCMIntelligentes Temperaturmanagementfür GebäudeDie Herausforderung:Das Raumklima wird maßgeblich durch das thermischeVerhalten eines Gebäudes beeinfl usst. Bei Gebäuden,denen aufgrund ihrer Bauweise die erforderliche thermischeSpeichermasse fehlt, führen innere Lasten und Sonneneinstrahlungzu großen Temperaturschwankungen, Komforteinbußen und verstärktem Bedarf an Klimatisierung imGebäudeinneren.Bürobau und Wohnbau werden heute vermehrt in modernerLeichtbauweise unter Einsatz von Holz- und Stahlkonstruktionenmit hochdämmenden Wandbaustoffen und großenGlasfl ächen ausgeführt. Der hohe Vorfertigungsgrad und dieVermeidung langer Trocknungs zeiten bringen einen raschenBaufortschritt und damit eine besonders hohe Wirtschaftlichkeitmit sich. Das damit einhergehende Streben nachOptimierung der Masse und Dematerialisierung der Bauteilebirgt jedoch neben diversen praktischen und ökonomischenVorteilen vor allem auch ein Problem: einen Verlust an thermischerMasse und daraus resultierend negative Auswirkungenauf das Raumklima.Micronal ® PCM – Zukunft eingebautDie Anpassung baurelevanter Richtlinien im Rahmen der Klimapolitik sowie die internationalen Bestrebungen derGebäudezertifi zierung in den Punkten Raumklima, Komfort, Gesundheit, Ressourcenverbrauch und Energieeffi zenzmachen die hohen Anforderungen an Architektur, Gebäudeplanung und Baurealisierung deutlich. Die Konsequenz –die Notwendigkeit, neue, innovative und zukunftsfähige Lösungsansätze für die Bauindustrie zu entwickeln, um dieseHerausforderungen zu bewältigen und die hohen Ansprüche zu erfüllen. Mit Micronal ® PCM hat die BASF ein innovativesLatentwärmespeichermaterial entwickelt, welches die Bauindustrie im Bereich Gebäudeklimatisierung zukunftsfähigmacht. Micronal ® PCM ist eine innovative, langfristige und nachhaltige Lösung für ein angenehmes, gesundesRaumklima und energieeffi zientere Klimatisierung; für anspruchsvolle und moderne Architektur – heute und in Zukunft.

3 Micronal ® PCM Intelligentes Temperaturmanagement für GebäudePCM clever verpacktDie Lösung:Micronal ® PCM, der formaldehydfreie, mikroverkapselteLatentwärmespeicher der BASF, macht es möglich, dieVorteile moderner Architektur und die Wirtschaftlichkeitdes Leichtbaus mit dem Nutzen und ausgleichenden Effektthermischer Speicherfähigkeit für ein angenehmes Raumklimazu verbinden.Micronal ® PCM (Phase Change Material) stellt eine dauerhafteund effi ziente Möglichkeit dar, die i. d. R. tagsüberanfallenden Lastspitzen in einem defi nierbaren Temperaturbereichisotherm zu speichern und zeitverzögert (z.B. inden Abendstunden oder nachts) wieder abzugeben.Integriert in verschiedene Arten von Baustoffen und Bausystemen,trägt Micronal ® PCM so durch intelligentes Temperaturmanagementzu einem verbesserten Raumklima,mehr Wohnkomfort und einer besseren Energieeffi zienz bei.Temperaturmanagement im definiertenKomfortbereichTagTemperaturNachtZeit/Tage 1 2 3 4ohneMicronal ® PCMmitMicronal ® PCMKomfortbereichVorteile von Micronal ® PCM auf einen BlickOptimales Raumklima und gleichmäßige Temperaturen das ganze JahrArbeiten oder Wohnen im Komfort- und Wohlfühlbereich, d.h. zwischen 21 °C und 26 °CEin Plus für die Gesundheit: Stille Klimatisierung ohne Zugerscheinungen und LärmübertragungenMehr Energieeffizienz durch besseres Energiemanagement. Vermeidung überhöhter Energieverbräuche und bessere Nutzungregenerativer Wärme- und KältequellenIhr Beitrag zu CO 2 -Reduktion, Klima- und UmweltschutzHohe Gestaltungsfreiheit und einfachste Verarbeitung als konventionelle Baustoffe – mit einer neuen, unverwechselbaren Funktion!Kosteneffizienz. Keine Betriebs- und Wartungskosten, selbstständige FunktionMehr thermische Masse auf gleichem Raum, d.h. mehr Nutzfläche bei gegebener Grundfläche

4 Micronal ® PCM Intelligentes Temperaturmanagement für GebäudeMicronal ® PCM – Hightech in MikrokapselnMicronal ® PCM ist ein Phasenwechselmaterial, das innerhalbdes Raumtemperatur- und Wohlfühlbereiches desMenschen, d.h. bei 21 °C, 23 °C oder 26 °C, einen Phasenwechselvon fest nach fl üssig vollzieht und dadurch sehrgroße Mengen an Wärme speichern kann. Dieses Prinzipder latenten Wärmespeicherung ist vergleichbar mit einemEiswürfel, der während seines Schmelzvorgangs ein Getränkkonstant bei 0 °C hält. Micronal ® PCM nutzt dieseneinfachen physikalischen Effekt zur gezielten Stabilisierungder Raumtemperatur.Micronal ® enthält im Kern der Mikrokapsel (Größe ca. 5 μm)ein Latentwärmespeichermaterial aus einer speziellenWachs mischung. Diese absorbiert bei Temperaturanstiegüber eine defi nierte Temperaturschwelle (21 °C, 23 °C oder26 °C) die überschüssige Wärmeenergie und speichertdiese im Phasenwandel. Bei Absenkung der Temperaturunter die Temperaturschwelle gibt die Kapsel diese gespeicherteWärmeenergie wieder ab. 1TEMPERATURPhasenwechsel im KapselinnerenfestPolymer5 μmTm:21/23/26 ˚Cfl üssigWachsSCHMELZEN/ERSTARRENENERGIEAUFNAHME/ENERGIEABGABEfestWährend die Beladung des Speichers i.d.R. durch dietagsüber anfallenden Wärmeeinträge eigenaktiv ab einerdefi nierten Temperatur stattfi ndet, kann eine Entladung desSpeichermaterials sowohl durch natürliche Ventilation alsauch durch mechanische Lüftung oder auch durch regenerativeoder konventionelle Kühlkonzepte erfolgen.KÜHL WARM KÜHLUMGEBUNGDie Vorteile der MikroverkapselungDichte Verpackung, das Produkt bleibt immer trocken.Der Phasenwechsel ist von außen nicht sichtbar, die Volumenänderung beim Schmelzvorgang erfolgt je Kapsel. PCM-Baustoffebleiben darum dimensionsstabil.Geringes Volumen und geringer Platzbedarf bei hohem Wärmespeichervermögen„Just in time“. Schneller Wärmeaustausch durch hohes Oberflächen/Volumen-Verhältnis. 1 g Micronal ® PCM = 30 m² OberflächeDirekt integrierbar in Baustoffe, d.h. einsetzbar ohne zusätzliche Arbeitsschritte oder höhere Komplexität auf der BaustelleMechanisch praktisch unzerstörbar, hohe Zyklenbeständigkeit und jahrzehntelange FunktionFormaldehydfrei1Bei diesem Vorgang ändert sich der Aggregatzustand des Speichermaterials: Die Temperatur des Systems bleibt daher so lange annähernd konstant, bis die gesamteversteckte = latente Wärme aufgenommen bzw. abgegeben worden ist.

5 Micronal ® PCM Intelligentes Temperaturmanagement für GebäudeDas Micronal ® PCM-ProduktportfolioMicronal ® PCM ist in unterschiedlicher Form in Baustoffeintegrierbar. Für alle Anwendungen, in denen eine fl üssigeForm eingesetzt werden kann, bietet BASF Micronal ® PCM-Dispersionen an, in denen die Mikrokapseln in Wasser dispergiertsind. Für Baustoffanwendungen, die eine pulverförmigeForm erforderlich machen (wie beispielsweisetrockene Fertigmischungen wie Gips- oder Zementmörtel),bietet BASF ein Portfolio an redispergierbaren Pulvern an.Micronal ® PCM – Als Dispersion und PulverProdukttypProduktbezeichnungSchmelztemperaturca.AnwendungFunktionsbereich Gesamtspeicher-Kapazität ca.Latentwärme-Kapazität ca.FeststoffgehaltDichte Schüttdichte Visk.DS 5000 Dispersion 26 °C Sommerl. Überhitzungsschutz 10–30 ˚C 59 kJ/kg 45 kJ/kg ca. 42 % ca. 0,98 ca. 200–600 mPasDS 5007 Dispersion 23 °CStabilisierung d. Raumtemperatur im KomfortbereichPassive und aktive Anwendung10–30 ˚C 55 kJ/kg 41 kJ/kg ca. 42 % ca. 0,98 ca. 200–600 mPasDS 5030 Dispersion 21 °C Flächenkühlsysteme 10–30 ˚C 51 kJ/kg 37 kJ/kg ca. 42 % ca. 0,98 ca. 200–600 mPasDS 5001 Pulver 26 °C Sommerl. Überhitzungsschutz 10–30 ˚C 145 kJ/kg 110 kJ/kg pulverförmig ca. 250–350 kg/m 3DS 5008 Pulver 23 °CStabilisierung d. Raumtemperatur im KomfortbereichPassive und aktive Anwendung10–30 ˚C 135 kJ/kg 100 kJ/kg pulverförmig ca. 250–350 kg/m 3DS 5029 Pulver 21 °C Flächenkühlsysteme 10–30 ˚C 125 kJ/kg 90 kJ/kg pulverförmig ca. 250–350 kg/m 3Als Bestandteil eines funktionalen Gebäudekonzeptes können mit Micronal ® PCM-Latentwärmespeichern besteErgebnisse hinsichtlich passivem Überhitzungsschutz, Stabilisierung der Raumtemperaturen und effi zienter Nutzungvon Flächenkühlsystemen erzielt werden.Die richtige Wahl der SchmelztemperaturWussten Sie schon:30 kg Micronal ® PCM bieten etwa 1 kWhSpeicherleistung. Dies entspricht derWärmemenge eines Haartrockners mit1000 W, der 1 Stunde läuft.26232126 °C für den sommerlichen Überhitzungsschutz(z.B. in Dachgeschossen oder für die passiveAnwendung in warmen Regionen)23 °C für die Stabilisierung der Raumtemperatur imKomfortbereich, dadurch häufige Nutzung des PCM-Effektes. Wichtigstes Produkt für aktive und passiveAnwendungsfälle.21 °C für die Nutzung in Flächenkühlsystemen˚C

6 Micronal ® PCM Intelligentes Temperaturmanagement für GebäudeBauanwendungen und Systememit Micronal ® PCMDas PCM SmartBoard ® der Firma Knauf Gips KGIn Form der Gipsbauplatte Knauf PCM SmartBoard ® lässtsich Micronal ® PCM schnell und unkompliziert im Trockenbauin innovative Gebäudekonzepte integrieren. In jedemQuadratmeter dieses Baustoffes sind drei Kilogramm desLatentwärmespeichers Micronal ® PCM enthalten. DieWärme speicherkapazität einer zweifach mit 15 mm PCMSmartBoard ® beplankten Wand, ist vergleichbar mit einer14 cm dicken Beton- bzw. einer 36,5 cm dicken Hochlochziegelwand.Das System Ilkatherm ® vonIlkazell Isoliertechnik GmbHAbgeleitet aus der Sandwichtechnologie (Metalloberfl äche,PUR-Hartschaum-Kern, Metalloberfl äche) wurden hocheffiziente Kühldeckensegel mit Micronal ® PCM entwickelt,die im einfachen Plug-and-play-Verfahren an bestehendeKühl wasserkreisläufe angeschlossen werden können.Die Wasserkühlung erfolgt über Kapillarrohrmatten, diesich auf der Rückseite der zum Raum hin orientiertenPCM-Schicht befi nden. Diese Systemlösung ermöglichtes, auf regenerative Kälte zurückzugreifen und Leistungsspitzenabzupuffern.© Ilkazell Isoliertechnik GmbHPassive oder aktive AnwendungMit Micronal ® PCM modifi zierte Baustoffe können in „passiver Anwendung“, d.h. ohne den gleichzeitigen Einsatz vonmechanischer Kühlung, aber auch als Bestandteil eines „aktivierten“ Systems in Gebäudekonzepten eingesetztwerde n. Ein aktiviertes System beschreibt die Kombination unterschiedlicher Komponenten, die eine Rückkühlungbzw. aktive Be- oder Entladung des Speichermaterials ermöglichen. Das Wärmeträgermedium kann dabei z.B. Luftoder Wasser sein.

7 Micronal ® PCM Intelligentes Temperaturmanagement für GebäudeDer Gips-Maschinenputz maxit clima ® vonmaxit Deutschland GmbHMaxit clima ist ein PCM Gips-Maschinenputz zur Herstellungvon einlagigem Innenputz mit temperaturregulierenderWirkung. Über die Variation der Schichtdicke kann dieeinzubringende Menge an Micronal ® PCM Latentwärmespeichernach Bedarf gesteuert werden. Maxit clima ® istfertig formuliert (zur Direktverarbeitung auf der Baustelle)als Trockenmörtel erhältlich.Der CelBloc Plus ® von H+H Deutschland GmbHDer grüne Porenbeton CelBloc Plus bietet neben gutenWärme-, Brand- und Schallschutzeigenschaften sowiepositiven baubiologischen Eigenschaften zur Regulierungder Luftfeuchtigkeit eine weitere Verbesserung: die Fähigkeitzur latenten Wärmespeicherung.Die Wanderung der Wärmefront durch die Außenwand wirddurch die aktive Komponente PCM gebremst. Ergebnis istein hochdämmender Stein, der bei gleichem U-Wert geringereTemperaturschwankungen an der inneren Wandoberfläche zeigt. Das führt zu gleichmäßigeren Innenraumtemperaturen.© H+H Deutschland GmbHWeitere Produktentwicklungen auf Anfrage.Hinweis für PlanerMicronal ® PCM hat seine Leistungsfähigkeit nach den Kriterien der RAL GütegemeinschaftPCM e.V. in umfassenden Testreihen unter Beweis gestellt. Micronal ® PCM hat sowohl alsRohstoff als auch in der Trockenbauplatte PCM SmartBoard ® alle Prüfungen bestanden undträgt das RAL Gütezeichen seit 22. August 2008. Damit entsprechen Ausschreibungen nachRAL-GZ 896 für Bauprodukte auf Basis Micronal ® PCM der guten fachlichen Praxis und denanerkannten Regeln der Technik.Einzelheiten sind zu finden unter www.pcm-ral.de

8 Micronal ® PCM Intelligentes Temperaturmanagement für GebäudeMicronal ® PCM – High Performancein intelligenten GebäudekonzeptenDie Simulationssoftware PCMexpressDas Programm PCMexpress wurde im Rahmen einesForschungsvorhabens in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institutfür Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg,der Firma Valentin Energiesoftware und weiteren Industriepartnernentwickelt. PCMexpress ist ein Planungs- undSimulationsprogramm für Gebäude mit Phasenwechselmaterialien(PCM). Es soll Architekten und Planer bei derEinschätzung des PCM-Effektes im konkreten Gebäudeunterstützen, indem es eine gesicherte Entscheidungsfindung für die Dimensionierung des Gesamtsystemsermöglicht. Als Ergebnispräsentation werden u.a. Projektberichtefür den Kunden und für den Planer sowie aussagekräftigeGrafi ken zum Vergleich der Systemeangeboten.© Dr. Valentin EnergieSoftware GmbHReferenzobjekte mit Micronal ® PCMIn den vergangenen Jahren wurde Micronal ® PCM mehrfach in realen Referenzobjekten erprobt und geprüft.Im Folgenden sind drei Beispiele aus den Bereichen Gewerbebau, Schulbau und Wohnungsbau ausgeführt.PCM-Bewertung leicht gemachtMehr über die kostenlose SimulationssoftwarePCMexpress sowie denLink zum Download finden Sie unterwww.micronal.de

9 Micronal ® PCM Intelligentes Temperaturmanagement für GebäudeReferenzobjekt 1: GewerbebauZielsetzung: Optimiertes Energiekonzept mit exzellentenraumklimatischen Bedingungen für die MitarbeiterBauobjekt: Bürobau der Firma Engelhardt & Bauer inKarlsruheAnwendung: Aktive Kühldeckenelemente mitregenerativer Kältequelle (Erdsonden)Produkt: Ilkazell Kühlsegel IlkathermKonzept und Monitoring: Fraunhofer-Institut für SolareEnergiesysteme (ISE) in FreiburgErgebnis: Erdsonden als regenerative Kältequellestellen für die Ilkatherm Kühldecke kontinuierlich Kühlenergiebereit. Zusätzlich sorgt eine automatischeFensteröffnung für natürliche Nachtlüftung zur Entladungdes Gebäudes in der Nacht. Micronal ® PCM wirktals Zwischenspeicher für die anfallenden Lastspitzenwährend der Nutzungszeit am Tag und vergleichmäßigtso den „Just-in-time“-Kühlbedarf.Referenzobjekt: Engelhardt & BauerKühlquelle sind klein dimensionierte ErdsondenEnergieeffi ziente Lösung, basierend aufregenerativem KühlkonzeptFortluftKein Wärmetauscher zwischen Kühlquelle undKühldeckensegelPCM-KühlsegelMinimaler technischer Aufwand, geringeBetriebs- und InvestitionskostenNachtluftTagsüber Kühlungdurch StrahlungsaustauschNachtluft20 kW bei 16 °CKühlleistungFußbodenheizung mit Abwärme aus Produktion

10 Micronal ® PCM Intelligentes Temperaturmanagement für GebäudeReferenzobjekt 2: WohnbauZielsetzung: Möglichst gleichbleibende Innentemperaturum 23 °C, autarke Versorgung durchPhotovoltaikBauobjekt: Deutscher Beitrag zum Wettbewerb„Solar Decathlon“ des DOE in Washington D.C. 2008Konzept: Prof. Hegger, TU DarmstadtAnwendung: Passives Temperaturmanagement bei23 °C an Wänden und aktive KühldeckenProdukte: Knauf PCM SmartBoard ® und IlkathermKühldeckenelementeBauweise: Holzrahmen Leichtbau, teilweise mitVakuum-Dämmung, Innenausbau TrockenbauRealisierung: Studentische Arbeitsgruppe umProf. Hegger, TU DarmstadtInternet: www.solardecathlon.deReferenzobjekt: Solar-Decathlon-Haus© TU Darmstadt

11 Micronal ® PCM Intelligentes Temperaturmanagement für GebäudeReferenzobjekt 3: SchulbauZielsetzung: Guter thermischer Komfort imContainer -Leichtbau ohne aktive KühlungBauobjekt: Schulneubau des Staates Luxemburg,Stadt DiekirchKonzept: Administration des Bâtiments Publics,Division des Travaux neufs, LuxemburgAnwendung: Rein passives Temperaturmanagementbei 23 °C an Wänden und DeckenProdukt: Knauf PCM SmartBoard ®Bauweise: Tragwerk Stahl-Containerbau, InnenausbauTrockenbau und PCM-RasterdeckenRealisierung: Fa. ALHO Systembau GmbH, MorsbachMonitoring: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme(ISE) in FreiburgReferenzobjekt: Schulgebäude DiekirchWeitere Referenzobjekte fi nden Sie auchunter www.micronal.deMicronal ® PCM wurde entwickelt mit freundlicherUnterstützung durch das BMWi unterFKZ: 0329840 und 0327370

EDK B 0818d ® = registered trademark of BASF SEBASF SEBusiness Management Micronal ® PCMMarketing Polymer Dispersions for Construction67056 Ludwigshafen, Germanywww.micronal.deE-mail: micronal@basf.comFor further information please contact us on ourtoll-free numbers and you will automatically betransferred to your regional contact person:Phone: 00 800 - 227 66 257 or 00 800 - ACRONALSPhone: 00 800 - 227 66 259 or 00 800 - ACRONALXThe data contained in this publication are based on our current knowledge and experience. They do not constitute the agreed contractual quality of the product and, in view of the many factors thatmay affect processing and application of our products, do not relieve processors from carrying out their own investigations and tests. The agreed contractual quality of the product at the time of transferof risk is based solely on the data in the specifi cation data sheet. Any descriptions, drawings, photographs, data, proportions, weights, etc. given in this publication may change without prior information.It is the responsibility of the recipient of our product to ensure that any proprietary rights and existing laws and legislation are observed (11/2008).

Ausgewählte Referenzobjekte mit Latentwärmespeicher-Technologie Seite 1/2Objektname Standort BauartPCM-EinsatzDatum/Jahr3-Liter-HausDeutschland,LudwigshafenSanierung, Wohnbau passiv 2001Bildquelle: LUWOGEBadenova-GebäudeDeutschland,OffenburgNeubau, Bürobau passiv 2002Bildquelle: MAXITDSC DienstleistungundServicecenterDeutschland,LudwigshafenNeubau, Bürobau aktiv 2003Bildquelle: LUWOGEBildquelle: BASFBüro- undApartmentsanierungGotzkowskistraßeDeutschland, Berlin Sanierung, Bürobau aktiv 2004Haus der GegenwartDeutschland,MünchenNeubau, Wohnbau passiv 2005Bildquelle: Haus der Gegenwart GmbHHölderlin GymnasiumDeutschland, Lauffenam NeckarNeubau, Schul-Verwaltungsbaupassiv 2005Bildquelle: Hölderlin GymnasiumMeisterhausSodastraße 40Deutschland,LudwigshafenSanierung, Wohnbau passiv 2006Bildquelle: LUWOGEEngelhardt & BauerGroßraumbüroDeutschland,KarslruheNeubau, Bürobau,Passivhausqualitätaktiv 2006Bildquelle: IlkazellSonnenschiffDeutschland,FreiburgNeubau, Bürobau,Passivhausqualitätpassiv 2006Bildquelle: SonnenschiffBASF ShowcaseFontenais Sous BoisFrankreich, FontenaisSous BoisSanierung, Wohnbau passiv 2006Bildquelle: Logirep, F

Ausgewählte Referenzobjekte mit Latentwärmespeicher-Technologie Seite 2/2Objektname Standort BauartPCM-EinsatzDatum/JahrBildquelle: BASFBesucherzentrumBASFDeutschland,LudwigshafenSanierung, Museum passiv 2007Kingspan LighthouseUK, Watford,Hertfordshire(?)Neubau, Wohnbau,Passivhausqualitätpassiv 2007Bildquelle:Kingspan, UKWorcester BoschEnergy HouseUK, Bilford Road,WorcesterSanierung, Wohnbau passiv 2007Bildquelle:Worcester BoschSolar DecathlonDeutschland,DarmstadtNeubau, Wohnbauaktiv undpassiv2007Bildquelle: TU DarmstadtWILOAusbildungscenterNiederlande,AmsterdamNeubau, Büro-Verwaltungsbauaktiv 2008Bildquelle: WILO, NLSchulgebäude,NeubauLuxemburg, DiekirchNeubau, Schulbau,Containerbauweisepassiv 2008Bildquelle: BASFCharles SturtUniversityAustralien, AlburyNeubau, Universität,erreichte 6-Star-Rating in 2009passiv 2008Bildquelle: BASF, AUSJaguar TechnicalAcademyUK, BirminghamSanierung, Büro-Verwaltungsbaupassiv 2008Bildquelle: Jaguar Cars, UKBASF ShowcaseNottinghamUK, NottinghamNeubau, Wohnbau,Passivhausqualitätpassiv 2008Bildquelle: University of Nottingham, UKStand: 02/2009

BASF SE, 67056 Ludwigshafen, DeutschlandMittwoch, 15. März 2010Marco SchmidtEDK/BP-H201Tel. 0621-60-99729Fax. 0621-60-40325email: marco.schmidt@basf.comFolgende PCM-haltige Bauprodukte gibt es derzeit im Platten- bzw Putzbereich:Im Bereich der Putze ist der "Maxit Clima" nach wie vor als Entwicklungsprodukt direkt über Maxit lieferbar.Maxit Clima war das erste Produkt überhaupt, das Micronal PCM nutzte. Hier kann aufVerarbeitungserfahrung seit 2001 zurückgegriffen werden. Es wird auf Bestellung fallweise produziert mit ca.4 Wochen Vorlaufzeit. Maxit gehört jetzt zu Saint-Gobain Weber. Ansprechpartner ist:Georg KolbeLeiter Produktmarketing Fassade/WandSaint-Gobain Weber GmbHMeiersberger Strasse42489 WülfrathTel.: +49 (0) 20 58 / 8 96-1 31Fax: +49 (0) 20 58 / 8 96-2 31Mobil: +49 (0) 1 78 / 2 00 25 95Als schnelle Alternative wären die Trockenbauplatten auf Lehmbasis der Fa. Lebast (www.lebast.de) zunennen. Sie wurden schon mehrfach erfolgreich in Bauprojekten eingesetzt und können im Grunde ähnlichwie herkömmliche Gipsbauplatten verwendet werden. Nach der abschließenden Oberflächenbehandlung mitSpachtel sind beide Bauweisen praktisch nicht mehr unterscheidbar. Die Platten haben sogar schon mehrerePreise gewonnen und wären insbesondere vom ökoligischen Aspekt her hervorragend am Endmarkt zuargumentieren. Es gibt die Platten auch in einer Version, die durch anlegen einer Spannung flächig Wärmeabstrahlen. In Kombination mit PCM kann so z.B. eine Photovoltaikanlage ganztags und ganzjährig fürTemperierung sorgen. Lebast bietet aber auch Lehmputze mit Micronal PCM an. Ansprechpartner bei Lebast:Herr Peter GmeinerReiserdorf 1392721 StörnsteinTel.: 0049(0)9602 93901-01Fax: 0049(0)9602 93901-06info@lebast-lehmbaustoffe.dewww.lebast-lehmbaustoffe.deBASF SE Euro-Bankverbindungen: Aufsichtsratsvorsitzender: Eggert Voscherau67056 Ludwigshafen, Deutschland Commerzbank AktiengesellschaftKonto-Nr. 0201000700, BLZ 545 400 33 Vorstand: Jürgen Hambrecht, Vorsitzender;Telefon: +49 621 60-0 IBAN DE26 5454 0033 0201 0007 00 Kurt Bock, Martin Brudermüller,Telefax: +49 621 60-42525 SWIFT COBADEFF545 Hans-Ulrich Engel, John Feldmann,E-Mail: global.info@basf.comAndreas Kreimeyer, Stefan Marcinowski,Internet: www.basf.com Deutsche Bank Aktiengesellschaft Harald SchwagerKonto-Nr. 0013302500, BLZ 545 700 94Sitz der Gesellschaft: 67056 Ludwigshafen IBAN DE72 5457 0094 0013 3025 00Registergericht: Amtsgericht Ludwigshafen, SWIFT DEUTDESM545Eintragungsnummer: HRB 6000

National Gypsum®ThermalCORETMPanel

National Gypsum ®ThermalCORE TMPanelWall panel with latent heat storage capacityDescriptionNational Gypsum’s 1/2"ThermalCORE Panel containsMicronal ® *phase change material(PCM) produced by BASF. Micronalis a microencapsulated, highpurityparaffin wax. This materialchanges phase from solid to liquidwhen it reaches 73˚ F, absorbingthermal energy to help moderatea room’s temperature. When temperaturesfall, the wax solidifiesand releases heat. This alternatingprocess of melting and solidifyingallows ThermalCORE to absorbdaytime temperature peaks, ideallyproviding a more consistent roomtemperature.ThermalCORE is faced with a fiberglassmat and is manufactured withan enhanced mold resistant core.For ease of installation, ThermalCOREcomes standard with GridMarX ®guide marks printed on the surface.These guide marks align with standardbuilding dimensions and helpto quickly identify fastener lines forstud and joint framing. The panelsrequire a skim coat and will acceptdecoration similar to standardgypsum board.* Micronal ® is a registered trademarkof BASF.Features/Benefits Provides added thermal massnot typically found in traditionallightweight construction. Moderates indoor climateand provides a more consistenttemperature. Potential for greater energyefficiency through latent heatstorage. Phase change material iscontained within virtuallyindestructible microscopic acryliccapsules which will not leak. BASF has subjected Micronalto 10,000 cycles to verifydurability. Fiberglass facer and treatedcore provides extra protectionagainst mold growth per ASTMD 3273, achieving a score of10, the best possible score. Handles and installs like regulargypsum board.Technical DataFiberglass MatScanning Electron MicrographEnhancedMold ResistantGypsum CoreFiberglass MatMicronal ®PHYSICAL PROPERTIESNominal Thickness 1/2"Standard Width 4'Standard Length 8'Nominal weight (lbs./sf) 2.1EdgesTaperedSurface Burning CharacteristicsClass BCombustibility (per ASTM C 136)CombustibleMold Resistance (per ASTM D 3273) 10Latent Heat (BTU/sf)22 (Approx.)Gypsum CrystalsHow Phase Change Materials Moderate Room TemperaturesDayTemperatureNightwww.thermalcore.infoTime/days 1 2 3 4WithoutMicronal ® PCMWithMicronal ® PCMComfort zoneCorporate HeadquartersNational Gypsum Company2001 Rexford RoadCharlotte, NC 28211Phone: (704) 365-7300Web: nationalgypsum.comnationalgypsum.com/espanolTechnical InformationPhone: (800) NATIONAL(800) 628-4662Fax: (800) FAX-NGC1(800) 329-6421111109 11/09

neu vonGips-Maschinenputzals WärmespeicherPrima Klimamit maxit clima:Modernes Bürogebäude mitverbesserter Wärmespeicherkapazitätund intelligentem EnergiekonzeptWas ist maxit clima?maxit clima ist ein spezieller Gips-Maschinenputzzur Herstellung von einlagigemInnenputz mit Temperatur regulierenderWirkung. Er besteht aus Gips,mineralischen Zuschlägen, speziell eingestelltemPCM (Phase-change-Material =Phasenwechselmaterial) als Latentwärmespeichersowie Zusätzen zur Verbesserungder Verarbeitungseigenschaften.Microverkapseltes Paraffin, betrachtetmit dem ElektronenrastermikroskopWas versteht man unter Latentwärmespeicherund wie wirkendiese?Bei Latentwärmespeicher (LWS) – auchPCM (Phase change material = Phasenwechselmaterial)genannt – handelt essich um Stoffgruppen, welche in Folgevon Phasenwechselvorgängen erheblicheEnergiemengen (Wärmeenergie) aufnehmenund auch wieder abgeben können.Dies geschieht immer dann, wennz.B. ein Wachs (Paraffin) seinen Aggregatzustandändert, z.B. ändert Wachs seinenZustand von fest in flüssig oder umgekehrtvon flüssig in fest.Um nun aber Latentwärmespeicher inden maxit clima Putz einbringen zukönnen, ist es notwendig, diese so zu"verpacken", dass die Beständigkeit unddie Beibehaltung der Wirkungsweisegarantiert wird.Die Lösung dieser Aufgabenstellungwurde mit der Microverkapselung vonParaffinen gelöst.Bei dem microverkapselten Latentwärmespeicherhandelt es sich um mit Paraffingefüllte Kunststoffkapseln mit einemDurchmesser von 5 – 20 µm. DerSchmelzpunkt des verwendeten Paraffinswurde auf den Temperaturbereichvon 24 bis 26°C eingestellt. Die erforderlicheSchmelzwärme des Microkapselpulversbeträgt ca. 100 J/g, wodurchsich die effektive Wärmespeicherkapazitätin diesem Temperaturbereich ca.verfünfzigfacht.Wozu braucht man eine guteWärmespeicherkapazität?In massiven Gebäuden (z.B. Kirchen,Burgen und Schlössern) sind äußere Klimaschwankungennur in geringemMaße festzustellen. Der Grund hierfürist, dass die massigen Baukörper alsWärmespeicher wirken. Diese großethermische Masse ist beim Energieeintragin den Raum in der Lage, großeWärmemengen aufzunehmen bzw. beimEnergieabfluss aus dem Raum wiederabzugeben. Somit werden kurzfristigeKlimaschwankungen der Umgebung imRauminneren gedämpft. Dem entgegensteht die in unserer Zeit immer mehr anBedeutung gewinnende Leichtbauweise,

Neuer Gips-Maschinenputzals WärmespeicherBaustoffSchichtstärkeeine Konstruktionsart, die auf Minimierungder Wärmeverluste eines Raumesoptimiert wurde.Es handelt sich hierbei in der Regel umeinen sehr gut gedämmten Baukörpermit einer geringen thermischen Masse,bei welchem schon durch den Eintrag relativgeringer Wärmemengen eine deutlichspürbare Temperaturerhöhung zuverzeichnen ist. Dieser im Winter als positivempfundene Effekt stellt sich aberbezüglich des sommerlichen Wärmeschutzesals problematisch dar (Barackenklima).Dieser Nachteil kann bishernur durch den Einsatz von Klimaanlagenabgefangen werden.Da der finanzielle und logistische Aufwandfür die Anschaffung und Unterhaltungeiner Klimaanlage recht hoch ist,und ihre Notwendigkeit in der gemäßigtenKlimazone auf wenige Tage beschränktist, gibt es nun die Möglichkeit,durch den Einsatz von maxit clima, densommerlichen Wärmeschutz von Gebäudenzu verbessern.maxitclimaBetonGipsputz/PlatteEine Verbesserung gelingt am besten,wenn bereits im Vorfeld ein qualifiziertesIngenieurbüro mit der Planung beauftragtwird. Hier können unter Zuhilfenahmemodernster Simulations-Software vielseitige Möglichkeiten, wiez.B. Lage des Objektes, Verschattungsvarianten,vorhandene und notwendigeWärmespeicherkapazität durchgespieltwerden, um so die wirtschaftlichste Variantefür den Bauherrn (Investor) herauszuarbeiten.Wie wirkt maxit clima?Entsprechend dem PCM-Gehalt istmaxit clima in der Lage, im Schmelzbereichdes PCM, ca. 4,5 mal mehr Wärmeaufzunehmen als ein herkömmlicherPutz. Das bedeutet, dass z.B. eine 1,5 cmdicke Putzschicht mit maxit clima inetwa der thermischen Masse einer 7 cmdicken Gipsdielenwand entspricht.Das folgende Bild zeigt einige Baustoffebzgl. ihrer Wärmespeicherkapazitätim Vergleich.LeichtziegelwandUm den Effekt von maxit clima für diean aufeinanderfolgenden Tagen auftretendenTemperaturspitzen zur Verfügungzu haben, ist es notwendig, denSpeicher wieder zu entladen. Dies bedeutet,dass während der kühlerenNachtstunden eine ausreichende Lüftungund damit eine Abführung der gespeichertenWärmeenergie erfolgenmuss (das Wachs verfestigt sich wieder).Ist eine Entladung des Speichers nicht geschehen,kann auch keine Wärme mehrabgespeichert werden und der Effekt vonmaxit clima steht nicht mehr zur Raumklima-Konditionierungzur Verfügung.Nach vollständigem Beladen des Speichersist bei weiterem Energieeintragkein Effekt mehr möglich, d.h. ein entsprechendesNachtlüftungskonzept musssicherstellen, dass sich der Speicher entladenkann.Was ist bei der Planung undAusführung zu beachten?Da mit dem eingetragenen PCM aber nureine begrenzte Speichermasse in dasGebäude aufgenommen werden kann,ist bei der gebäudetechnischen Planungder Eintrag von solarer Energie zu begrenzen(Verschattungseinrichtungen,Low-E-Gläser usw.). Auch ist der Effektdes maxit clima Putzes von der Mengedes enthaltenen PCMs und dessen Aktivierbarkeitabhängig.maxit Silo mit Förderanlage3,0 cm 8,1 cm 13,4 cm 28,8 cmEs kann über die Variation der Schichtdickedie einzubringende Menge an LWSgesteuert werden, wobei hier natürlicheGrenzen durch die Aktivierbarkeit desPCM gesetzt werden.Materialförderung zur Duo mix 2000Temperaturherkömmlicher LeichtbauZeitTemperaturLeichtbau mit PCM ausgestattetZeitDies hat zur Folge, dass bei gleichemEnergieeintrag in Räume von vergleichbarerGeometrie, Aufbau und Ausstattung,die mit einer entsprechendenMenge maxit clima ausgestattet sind, dieInnentemperaturen nach Erreichen derSchmelztemperatur des PCM in geringeremMaße ansteigen, bis sämtlichesParaffin in den Kapseln geschmolzen(Speicher voll) ist. Der Verlauf der täglichenTemperaturschwankungen wirdgeglättet.Dies bedeutet, es ist sicherzustellen,dass die anfallende Wärmemenge inrealistischen Zeiträumen in die Putzschichteingeleitet werden kann, umdort vom PCM eingespeichert zu werden.Daraus folgt, dass es immer günstig ist,eine möglichst große Fläche mit maxitclima zu beschichten. Außerdem ist daraufzu achten, dass ein möglichst hoherAnteil der beschichteten Fläche auchfür einen konvektiven Wärmeaustauschzur Verfügung steht (wird durch Verstellenz.B. mit Möbeln behindert), undder Wärmeübergang von der Raumluftzum maxit clima Putz möglichst wenigbehindert wird (geeignete dünne Oberflächenbeschichtungensind angeraten).Aufgrund des hohen Anteils an brennbarenBestandteilen ist maxit clima in dieBaustoffklasse B2 eingruppiert. UmTemperaturänderung beikonstantem Energieeintrag

Überschreitungsdauer in Stunden300250200150100500270240Verteilung der Raumlufttemperaturen210 21012017024 25 26 27 2825115■ maxit dima■ herkömlicher Gipsputz545Darstellung der Raumtemperaturüberschreitungeneines mit Latentwärmespeicherausgestatteten Raumes (PCM_Luft) im Vergleichzu einem Referenzraum (REF_Luft).Raumlufttemperatur in °Cmaxit clima auch für Anwendungennutzbar zu machen, bei denen die BaustoffklasseB1 erforderlich ist, kann miteiner feuerhemmenden Beschichtung,die im Brandfall eine Dämmschicht bildet,das Brandverhalten stark verbessertwerden. Dieser Systemaufbau erfüllt dieAnforderungen an einen schwer entflammbarenBaustoff und genügt somitder Baustoffklasse B1.Dieses wurde im Prüfzeugnis 16-902743 000 durch das Otto-Graf-Institut derUniversität Stuttgart bestätigt.Putzauftrag auf mit maxit Haftsperrgrund vorbereitete GipskartonplattenSind alle technischen Erfordernisse eingehalten,ist es durch die Anwendungvon maxit clima möglich, die Temperaturüberschreitungenüber gewisseSchwellen in Räumen zu vermeidenbzw. drastisch zu verringern.FazitIn Kombination mit einem maxit WDV-System für den winterlichen und sommerlichenWärmeschutz des Gebäudes,einer intelligent durchdachten Gebäudeplanungund den Einsatz von maxitclima an der richtigen Stelle, steht einemhervorragenden Wohlfühlklima, ob imBüro, Dachgeschoss etc., ob Renovierungsmaßnahmeoder Neubau nichtsmehr entgegen.Marcus Hill/Thomas HörPutzauftrag im Detail, Schichtdicke 15 mm.Dieses Entwicklungsvorhaben wurdevom Bundesministerium für Wirtschaftund Arbeit (BMWA) gefördert.

ILKAZELL Kühldecken und KühlsegelMit Micronal ® PCM GipsbauplattenMit Innovationen die Märkte begeistern – Dieses Credo gilt beiILKAZELL nicht nur für die Kühlzellenproduktion. So ist dasTemperaturmanagement von Gebäuden ebenfalls ein Themengebiet,mit dem sich die Ingenieure aus Zwickau beschäftigen.Gemeinsam mit starken Partnern, wie BASF, widmen sie sichder klimatisierten Behaglichkeit. Die Kühlsegel und -decken ausdem Hause ILKAZELL sorgen mit den von BASF entwickeltenMicronal ® PCM Gipsbauplatten für aktiven Temperaturausgleichund so für ein angenehmes Raumklima.13234Bildlegende1 Blechbeschichtung2 Polyurethan-Hartschaum3 Kapillarrohrmatten4 Micronal ® PCM GipsbauplatteTechnische Daten:Isolierung:Spezif. Kälteleistung:Kapillarrohrmatten:80 mm Polyurethuran-Hartschaum, FCKW-freigeschäumtca. 70 W/m 2 bei 10 KUntertemperatur und16° C Kaltwassertemperatur(Prüfbericht nach DIN 4715-1)Polypropylen-Kapillaren,Abstand 10 mm,Abmessungen der Kapillaren:3,4 x 0,55 mm

ILKAZELL Kühldecken und KühlsegelMit Micronal ® PCM GipsbauplattenQuelle: BASFMikroverkapselte Latentwärmespeicher, auch Phase ChangeMaterials (PCM) genannt, sind eine Neuentwicklung von BASFzur Verbesserung des Raumklimasin Gebäuden. Mikroskopischkleine Kunststoffkügelchen enthalten in ihrem Kern ein Speichermediumaus Paraffinwachsen. Bei Wärme- oder Kälteeinwirkungschmilzt bzw. erstarrt das Wachs in den Speicherkapseln. Steigtdie Temperatur, nehmen die Latentwärmespeicher Wärme auf,fällt sie, geben sie die Wärme wieder ab.In jedem Quadratmeter der innovativen Micronal ® PCM Gipsbauplattesind drei Kilogramm mikroverkapseltes Latentwärmespeichermaterialenthalten. Diese verleihen einer Bauplatteerstmals die Fähigkeit, aktiv für ein angenehmes Raumklimazu sorgen. Die Wärmespeicherkapazität der 1,5 cm dickenMicronal ® PCM Gipsbauplatte ist vergleichbar mit einer 9 cmdicken Betondecke.Der Natur abgeschaut kann der Effekt der Phasenumwandlung(fest/flüssig, Eis/Wasser) sinnvoll in Klimaanwendungen genutztwerden und in Kombination mit Klimadecken zu Energieeinsparungen,Gewichtsreduktion und einer schlankeren Architekturbeitragen.Quelle: BASFParameter/Kriterium Micronal ® PCMGipsbauplatte 23zum VergleichStandard-GipskartonplatteSchalttemperatur 23 °C –Latente ca. 330 kJ/m 2 0 kJ/m 2Wärmekapazität ∆Hbei SchalttemperaturQuelle: BASFSpezifischeWärmekapazität ca. 1,20 kJ/kgK ca. 0,85 kJ/kgKQuelle: BASFILKAZELLIsoliertechnik GmbH ZwickauTalstraße 17D-08066 Zwickau/GermanyPostanschrift postal adress:PF/P.O. box 20 05 34D-08005 Zwickau/GermanyTelefon phone:+49 (0) 3 75/4 30 34-0Fax fax:+49 (0) 3 75/4 30 34-33E-Mail e-mail:mail@ilkazell.deInternet internet:www.ilkazell.deSysteme für BauideenMicronal ® = Eingetragene Marke der BASF Aktiengesellschaft.

Monitoring und modellbasierte AuswertungBewertung des Potentials von Phasenwechselmaterialien zurVerbesserung des thermischen Komforts im Sommer in einemSchulgebäudeIm Auftrag vonBASF AktiengesellschaftKnauf Gips KGALHO Systembau GmbHDoreen Kalz, Martin Fischer, Peter SchossigBericht Nr. TAG4-DKa-0810-E04Fraunhofer-Institutfür Solare Energiesysteme ISEHeidenhofstraße 279110 Freiburg12. November 2008

Dieser Bericht umfasst 26 Seiten.Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE,Abteilung Thermische Anlagen und GebäudetechnikFreiburg, 14. November 2008Dipl.-Ing. Doreen KalzProjektleiterinDr.-Ing. Peter SchossigGruppenleiter Thermisch aktive Materialien und solare Kühlung

Inhalt1 Zusammenfassung 22 Ziele und Methodik 33 Teil A: Evaluierung der Messtechnischen Untersuchung 53.1 Untersuchte Klassenräume 201 und 202 des Schulgebäudes 53.2 Durchführung der Messkampagne 63.3 Ergebnisse der Messkampagne: Meso- und Mikroklima 73.4 Ergebnisse der Messkampagne: Thermischer Raumkomfort im Sommer 93.5 Ergebnisse der Messkampagne: CO2-Konzentration 143.6 Ergebnisse der Messkampagne: Phasenwechselmaterialien 154 Teil B: Modellbasierte Auswertung und Simulationsstudie 184.1 Validierung des Gebäudemodells 194.2 Simulationsstudie: Einfluss von Phasenwechselmaterial auf denthermischen Raumkomfort 22Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 1

1 ZusammenfassungDurch die vorliegende Studie soll das Potential der Einbringung vonverkapselten Phasenwechselmaterialien in Gipsputzplatten (Smartboard) zurSteigerung des thermischen Komforts im Sommer in einem Schulgebäude inLuxemburg ermittelt werden. Dazu wurden in zwei ausgewähltenKlassenräumen über den Zeitraum von Juni bis Juli 2008 Messungen zumthermischen Raumkomfort und zu Bauteiltemperaturen durchgeführt.Thermischer Raumkomfort: Über den Messzeitraum von Juni bis Juli 2008 ist inden ausgewählten Klassenräumen gemäß der europäischen KomfortrichtlinieDIN EN 15251:2007-08 ein hoher Komfort gegeben. Es wird die KomfortklasseA erreicht; dies entspricht einer Nutzerzufriedenheit von 90%. DasLüftungsverhalten der Nutzer, d.h. das Öffnen der Lüftungspaneele durchSchüler und Lehrer, hat einen entscheidenden Einfluss auf die Entwicklung derRaumtemperatur. Um einen intensiven Luftaustausch der Klassenräume in denNachtstunden zu erreichen, sollten alle drei Lüftungspaneele geöffnet sein.Dazu muss der Nutzer informiert und auf ein richtiges Lüftungsverhaltenhingewiesen werden.Einfluss von Phasenwechselmaterialien auf den thermischen Raumkomfort: ZurBestimmung der Potential des PCMs wird in der dynamischenGebäudesimulationsumgebung ESP-r ein Gebäudemodell erstellt und mit denErgebnissen aus der Messung aus Teil A validiert. Dazu werden folgendesimulierten und gemessenen Werte miteinander verglichen: operativeRaumtemperatur, Lufttemperatur, Bauteiltemperatur des Smartboards imDeckenpaneel und Bauteiltemperatur der Gipskartonplatte der Wand.Simulations- und Messergebnisse stimmen mit hinreichender Genauigkeitüberein.In einer sich daran anschließenden Simulationsstudie werden drei Szenarienberechnet und ausgewertet: Referenzvariante (Klassenraum ohne PCM),Planungsvariante (PCM-Smartboard in der Innenwänden, der Außenwand undder Decke) und Deckenvariante (PCM-Smartboard ausschließlich in der Decke).Zwischen der Deckenvariante der Klassenräume (Smartboard nur imDeckenpaneel) und der Referenzvariante ohne PCM gibt es einen Unterschiedim thermischen Raumkomfort von bis zu 0,5 Kelvin. Das Smartboard alsDeckenpaneel (Fläche ca. 40 m²) stellt eine Erhöhung der thermischenSpeicherkapazität des Raumes dar. Diese ist aber nicht ausreichend, um dieKomfortklasse A einzuhalten.Die Planungsvariante stellt eine deutliche Verbesserung des thermischenRaumkomforts im Vergleich zur Referenzvariante dar. Maximale operativeRaumtemperaturen werden bis zu 1 Kelvin reduziert. Unter den gegebenenAußenbedingungen des Zeitraumes Juni bis Juli 2008 erreicht das Gebäude dieKomfortklass A (sehr guter bis guter Komfort) nach der europäischenKomfortrichtlinie DIN EN 15251:2007-08.Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 2

2 Ziele und MethodikMotivation und ZieleDas thermische Verhalten eines Gebäudes wird durch die thermischaktivierbaren Speichermassen des Gebäudes beeinflusst. Bei Gebäuden, denenaufgrund ihrer Bauweise diese Masse fehlt, führen insbesondere im Sommerinnere Lasten und Sonneneinstrahlung zu großen Temperaturschwankungenund hohen Temperaturen bzw. Komforteinbußen im Innenbereich. InBaustoffen integrierte Phasenwechselmaterialien (eng. Phase Change Materials,PCM) stellen eine Möglichkeit dar, tagsüber anfallenden Lastspitzen in einemweitgehend definierten Temperaturbereich isotherm zu speichern und nachtswieder abzugeben.AufgabenstellungDurch die vorliegende Studie soll das Potential der Einbringung vonverkapselten Phasenwechselmaterialien in Gipsputzplatten (Smartboard) zurSteigerung des thermischen Komforts im Sommer in einem Schulgebäude inLuxemburg ermittelt werden. Die Phasenwechselmaterialien haben einenMassenanteil von 20% im Gipsputz mit einem Schmelzbereich von 23 bis 25°C.Gemäß der Planung sind die Smartboardplatten sowohl im Wand- als auch imDeckenbereich der Klassenräume montiert.Gegenstand des Berichtes ist die messtechnische Bewertung undmodellbasierte Auswertung des(i)(ii)thermischen Raumkomfort im Sommer unddes Potentials der Phasenwechselmaterialien zur Reduzierung deroperativen Raumtemperaturen.Entsprechend der Zielstellung gliedert sich der Bericht in folgende zweiTeilbereiche:Teil A: Messtechnische Untersuchung des Raumklimas in zweiausgewählten Klassenräumen über einen Zeitraum von 6 WochenTeil B: Modellbasierte Auswertung der Messkampagne mittelsthermischer Gebäudesimulation und Simulationsstudie für verschiedeneSzenarienMethodikFraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 3

TEIL ATEIL BIn zwei ausgewählten Klassenräumen (Ostausrichtung) desSchulgebäudes werden Kurzzeitmessungen in hoher Zeitauflösung(stündlich) über einen Zeitraum von sechs Wochen durchgeführt, um (i)das Raumklima zu bewerten und um (ii) die Auswirkung vonmikroverkapselten Phasenwechselmaterialien in Gipsputzplatten auf densommerlichen Komfort zu untersuchen.Um einen Raum hinsichtlich seiner Energiebilanz im Sommer zubeurteilen, ist eine Messung des Innenraumklimas nicht ausreichend.Hauptsächlich ausschlaggebend für das thermische Verhalten in einemGebäude ist, neben der Architektur und Gebäudetechnik, das Klima imdirekten Umfeld vom Gebäude. Für eine genaue Beurteilung desRaumklimas ist eine eigene Messung des Mikro- und Mesoklimasaußerhalb des Gebäudes erforderlich. Das Mikroklima (Fassade) undMesoklima (Dach) wird mit den im Außenbereich aufgestelltenMessstationen selbstständig erfasst.Zur Bewertung des Raumklimas werden die Lufttemperatur, die operativeRaumtemperatur, die lokale Bauteiltemperaturen (Decke und Wände), derCO 2 -Gehalt der Luft, die Luftfeuchte und die Luftgeschwindigkeitgemessen. Als relevante Einflussgrößen auf das Raumklima werden dasÖffnen der Lüftungspaneele und der Türen erfasst.Für die Messung des Raum- ,Mikro- und Mesoklimas wird ein mobiles, fürdie Untersuchung entwickeltes Messsystem eingesetzt. Die Messwertewerden in Minutenschritten aufgezeichnet.Nach Aufbereitung der Messdaten erfolgt eine Analyse der Messwerte.Gegenwärtige Schwachstellen können so aufgedeckt und behobenwerden. Insbesondere wird die Funktion und Effizienz desPhasenwechselmaterials unter den gegebenen Randbedingungenevaluiert.Mit Hilfe einer modellbasierten Auswertung der Messergebnisse wird derRaumkomfort im Zeitraum Juni bis Juli 2008 bewertet. Dazu wird in derdynamischen Gebäudesimulationsumgebung ESP-r ein Gebäudemodellerstellt und mit den Ergebnisse aus der Messung aus Teil A validiert.Die sich anschließende Simulationsstudie vergleicht den erzieltenRaumkomfort mit einer Referenzvariante ohne Phasenwechselmaterialien.Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 4

3 Teil A: Evaluierung der Messtechnischen Untersuchung3.1 Untersuchte Klassenräume 201 und 202 des SchulgebäudesDas untersuchte Schulgebäude befindet sich in Diekirch (Kreis Ettelbrück),Luxemburg (49°52’ n.Br. und 6°9’ ö.L.).Klassenräume: Die messtechnische Untersuchung wurde vom 28. Mai bis 30.Juli 2007 in zwei nach Osten ausgerichteten, typischen Klassenräumen (202und 201) im zweiten Obergeschoss durchgeführt (Abbildung 1 und Abbildung2). Die Räume haben eine Grundfläche von 59,5 m² und eine Höhe von3,25 m. Die Materialaufbauten werden den Plänen vom Juli 2007 entnommen.Jeder Raum verfügt über drei Lüftungspaneele und einen außen liegendenSonnenschutz (Abbildung 3).Gemäß den Planungsunterlagen wird das Smartboard in der Decke raumseitigund in den Innen- und Außenwänden als Sandwichkonstruktion(Gipskartonplatte – Smartboard – Gipskartonplatte) eingesetzt.NAbbildung 1: Schulgebäude, 2. OG nach Grundrissplänen vom Juni 2007. Die untersuchten Klassenräume201 und 202 sind rot markiert.Abbildung 2: Schulgebäude, 2. OG nach Grundrissplänen vom Juni 2007. Die untersuchten Klassenräume201 und 202 sind rot markiert.Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 5

Abbildung 3: Schulgebäude, 2. OG. Die untersuchten Klassenräume 201 und 202 sind rot markiert.Außenansicht Klassenräume (links), Lüftungspaneel (Mitte) und außen liegender Sonnenschutz (rechts).3.2 Durchführung der MesskampagneMeso- und Mikroklima: Auf der Dachfläche werden Sensoren für Global- undDirektstrahlung horizontal, Windgeschwindigkeit, relative Luftfeuchte undLufttemperatur installiert. An der Fassade wird ein Strahlungssensor ebenso wieein Windsensor senkrecht zur Fassade montiert, um nur die Einstrahlung aufdie Fassade messtechnisch zu erfassen. Zusätzliche Sensoren messen dieOberflächentemperatur der Dachfläche und der Fassade.Abbildung 4: Wetterstation auf dem Dach (links, Mitte) und an der Fassade (rechts).Raumklima: Zur Messung des Raumklimas werden in beiden Klassenräumen einKomfortmessgerät aufgebaut. Die Messwerte umfassen Lufttemperatur,operative (empfundene) Raumtemperatur, Luftgeschwindigkeit und CO 2 -Konzentration (Darstellung der Messpunkte siehe Anhang A).Bauteiltemperaturen: Zusätzlich werden in den Räumen Temperaturen derWandoberfläche sowie Temperaturen im Decken- und Wandaufbauaufgezeichnet. Dabei wird sowohl die Temperatur in der raumseitigenGipskartonplatte als auch im Smartboard gemessen (Darstellung derMesspunkte siehe Anhang A).Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 6

Luftwechselmessung: Der sich einstellende Luftwechsel beim Öffnen von einembzw. drei Lüftungspaneelen (einseitige Lüftung, geschlossene Tür) wurdemittels CO 2 -Messung einmalig am Ende der Messperiode (Anfang August2008) gemessen.Nutzerverhalten: Um das Nutzerverhalten hinsichtlich des Öffnens derLüftungspaneele zu bestimmen, wurden an den Paneelen und den TürenReedkontakte angebracht. Auch der Einfluss des Sonnenschutzes durch diemanuell bedienbare Jalousie wurde messtechnisch mitBeleuchtungsstärkesensoren erfasst.Messdatenübertragung: Die Übertragung der Messwerte erfolgte zwischen denMessstationen per Funk. Zur Kontrolle der laufenden Messung und zumDatenaustausch wurde eine Schnittstelle im Schulnetzwerk zur Verfügunggestellt, mit der eine gesicherte LAN Anbindung an das Fraunhofer ISE möglichwar. Im Zeitraum vom 1. Juli bis 3. Juli gab es einen Messdatenausfall derWetterstation.Abbildung 5: Komfortmessgerät (links), Tür-Reedkontakt (Mitte) und Temperatursensor Smartboard Decke(rechts).3.3 Ergebnisse der Messkampagne: Meso- und MikroklimaDie mittlere Außentemperatur über den Messzeitraum Juni und Juli 2008 liegtbei 19,1°C. Dabei wurden Tiefstwerte von 8,8°C (Juni) und Höchstwerte von32,4°C (Juli, aber Ferienzeit) gemessen. An 68 Stunden wird eineAußenlufttemperatur von 28°C überschritten. Die solare Einstrahlung (globalhorizontal) erreichte Spitzenwerte über 1000 W/m² und liegt im Mittel bei rund400 W/m². Die Direktstrahlung erreicht Höchstwerte von 718 W/m².Die durchschnittliche Windgeschwindigkeit auf der Dachfläche liegt bei1,09 m/s, die maximal gemessene Geschwindigkeit beträgt 3,8 m/s.Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 7

Außenlufttemperatur [°C]3328231813JUNIJULI8Schulferien1. 5. 9. 13. 17. 21. 25. 29. 3. 7. 11. 15. 19. 23. 27. 31.Abbildung 6: Gemessene Außenlufttemperatur [°C] von 1. Juni bis 30. Juli 2008. Während desUnterrichtsbetriebs in Juni gab es mehrere heiße Sommertage mit Außentemperaturen um 28°C.Außentemperatur [°C]343230282624222018161412108MittelwertTagesminimum / -maximumTagesamplitude0 10 20 30 40 50 60 70Messzeitraum Juni bis Juli 2008, Anzahl der TageAbbildung 7: Dauerlinie der gemessenen mittleren Tagesaußentemperaturen [°C] und der Tagesmaximaund –minima sowie Tag-/Nachtamplituden der jeweiligen mittleren Tagesaußentemperatur. Nachts sinkt dieAußentemperatur an allen Tagen unter 18°C; eine Voraussetzung für eine effiziente Nachtlüftung.Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 8

Solare Einstrahlung [W/m²]12001000800600400200JUNIJULI01. 5. 9. 13. 17. 21. 25. 29. 3. 7. 11. 15. 19. 23. 27. 31.Abbildung 8: Gemessene solare Einstrahlung [W/m²] von 1. Juni bis 30. Juli 2008.3.4 Ergebnisse der Messkampagne: Thermischer Raumkomfort im SommerDie Auswertung des thermischen Raumkomforts im Zeitraum vom 1. Juni bis30. Juli führt zu folgenden Ergebnissen:• Die mittlere operative Raumtemperatur über dem gesamtenMesszeitraum liegt in beiden Klassenräumen bei 21,4°C.• Die Maximaltemperatur wurde im Raum 201 mit 28,2°C und im Raum202 mit 28,4°C gemessen.• Abbildung 9 und Abbildung 10 stellen den Verlauf derRaumtemperatur in den Räumen 201 und 202 im Juni und Juli dar.Trotz mehrerer heißer Tage im Juni mit Außentemperaturen über 28°Cüberschreiten die operativen Raumtemperaturen nur sehr selten 26°C.Während der Anwesenheit der Schüler von 7:00 bis 17:00 Uhr wirdeine operative Raumtemperatur von 26°C im Raum 202 an 32 Stundenund im Raum 201 an 29 Stunden überschritten.Das Lüftungsverhalten der Nutzer, d.h. das Öffnen der Lüftungspaneele durchSchüler und Lehrer, hat einen entscheidenden Einfluss auf die Entwicklung derRaumtemperatur. Abbildung 11 und Abbildung 12 stellen jeweils zwei Tage mitunterschiedlichen Lüftungsverhalten dar. Abbildung 11 zeigt, dass nachUnterrichtsschluss um 14:00 Uhr alle drei Lüftungspaneele bis 6:00 Uhr desnächsten Tages geschlossen waren. Durch die fehlende Nachtlüftung nimmt dieRaumtemperatur kaum ab, sodass zu Unterrichtsbeginn des nächsten Tages25°C gemessen wurden. Im Gegensatz dazu stellt Abbildung 12 den Einflussund die Effektivität der Nachtlüftung dar. Alle drei Lüftungspaneele bleibennach Unterrichtsende geöffnet, sodass die Raumtemperatur um fünf Kelvin auf20°C reduziert werden kann.Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 9

Temperatur [°C]3230282624222018161412108JUNIRaumAußenluftJULIRAUM 20201.06.05.06.09.06.13.06.17.06.21.06.25.06.29.06.03.07.07.07.11.07.15.07.19.07.23.07.27.07.31.07.Abbildung 9: Stündlich gemessene Außenluft- und Raumtemperatur [°C] im Raum 202, Juni und Juli 2008.Temperatur [°C]3230282624222018161412108JUNIRaumAußenluftJULIRAUM 20101.06.05.06.09.06.13.06.17.06.21.06.25.06.29.06.03.07.07.07.11.07.15.07.19.07.23.07.27.07.31.07.Abbildung 10: Stündlich gemessene Außenluft- und Raumtemperatur [°C] im Raum 201, Juni und Juli2008.Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 10

303Außenluft- und Raumtemperatur [°C]2826242220181614keineNachtlüftungRaumDeckeAußenluft0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00210geöffnete LüftungspaneeleAbbildung 11: Stündlich gemessene Außenluft- und Raumtemperatur [°C] im Raum 202, 3. und 4. Juni2008. Zusätzlich dargestellt ist die Anzahl der geöffneten Lüftungspaneele (schwarze Linie). DieEntwicklung der Raumtemperatur ist stark vom Nutzerverhalten abhängig. Durch fehlende Nachtlüftung(alle drei Lüftungspaneele sind geschlossen) liegt das Raumtemperaturniveau zu Unterrichtsbeginn amfolgenden Tag bei 25°C. Der grün markierte Bereich zeigt das Lüften vor Unterrichtsbeginn (von 6:00 bis9:00 Uhr) durch den Hausmeister. In dieser kurzen Lüftungsperiode werden die operativenRaumtemperaturen nicht ausreichend reduziert.303Außenluft- und Raumtemperatur [°C]2826242220181614NachtlüftungRaumDeckeAußenluft0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00210geöffnete LüftungspaneeleAbbildung 12: Stündlich gemessene Außenluft- und Raumtemperatur [°C] im Raum 202, 11. und 12. Juni2008. Zusätzlich dargestellt ist die Anzahl der geöffneten Lüftungspaneele (schwarze Linie). DieNachtlüftung über drei geöffnete Lüftungspaneele und Außenlufttemperaturen unter 18°C bewirken eineeffektive Reduktion der Raumtemperatur von 25°C auf 20°C zu Unterrichtsbeginn am folgenden Tag.Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 11

323Außen- und Raumlufttemperatur [°C]302826242220181614Raum 202Raum 201Paneel 201Paneel 2020:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00210geöffnete LüftungspaneeleAbbildung 13: Stündlich gemessene Außenluft- und Raumtemperatur [°C] im Raum 202 und 201, 23. Juni2008. Zusätzlich dargestellt ist die Anzahl der geöffneten Lüftungspaneele (schwarze Linie: Paneel im Raum201 und dunkelgraue Linie: Paneel im Raum, 202). Das Öffnen von drei Lüftungspaneelen bewirkt eineffizienteres Lüften (Vgl.: Raum 202 zwei Lüftungspaneele und Raum 201 drei Lüftungspaneele). In denMorgenstunden differieren die Raumtemperaturen um bis zu zwei Kelvin.Thermische Behaglichkeit wird grundlegend nach zwei Hauptkriterien, dem„Wärmebilanzmodell“ oder dem „Erwartungsmodell“ beschrieben. Die beidenAnsätze widersprechen sich nicht, sondern ergänzen einander:WärmebilanzmodellDas menschliche Wärmeempfinden hängt im Wesentlichen vom thermischenGleichgewicht des Körpers als Ganzem ab. Demnach stellt sich thermischeBehaglichkeit ein, wenn die Parameter des Umgebungsklimas (Lufttemperatur,mittlere Strahlungstemperatur, Luftgeschwindigkeit und Luftfeuchte) sogewählt sind, dass sich bei gegebener körperlicher Tätigkeit und Bekleidung einthermisches Gleichgewicht aus der Wärmeproduktion und der Wärmeabgabeeinstellt. Dieses Gleichgewicht wird in der Norm ISO 7730:2005 durch dasvorausgesagte mittlere Votum PMV (Pedicted Mean Vote) beschrieben(DIN ISO 7730:2005).ErwartungsmodellThermischer Komfort stellt sich ein, wenn das Umgebungsklima denErwartungen der Nutzer entspricht. Demnach tolerieren wir im Sommer höhereund im Winter niedrigere Raumtemperaturen. Entscheidend dabei ist, dass die(technischen) Möglichkeiten gegeben sind, auf das Raumklima wirksam Einflussnehmen zu können. Das kann ein öffenbares Fenster oder ein individuellbedienbarer Sonnenschutz sein.Im Folgenden wird zur Beurteilung des Raumklimas eine einheitliche operativeRaumtemperatur als Bezugsgröße verwendet. Diese Raumtemperatur istvereinfacht der Mittelwert aus mittlerer Lufttemperatur undStrahlungstemperatur. Die Strahlungstemperatur bezeichnet dabei dieflächengemittelte Temperatur aller Raumumschließungsflächen.Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 12

Die Bewertung des thermischen Komforts erfolgt nach den Kriterien derDIN EN15251:2007-08.EN 15251:2007-08Auf europäischer Ebene gibt es zur Beurteilung des Raumklimas vonBürogebäuden die Norm DIN EN 15251:2007-08. In dieser Norm werdennatürlich belüftete Gebäude von klimatisierten Gebäuden unterschieden. Fürnatürlich belüftete Gebäude wird folgender Zusammenhang für dieKomforttemperatur vorgeschlagen, der die Adaption und die Erwartung desNutzer an das Raumklima mit berücksichtigt. Im Sommer gilt:TORT= 18,8°C + 0,33⋅TAT , rmDer Sollwert für die operative Raumtemperatur (T ORT ) ergibt sich damit inAbhängigkeit des gleitenden Tagesmittel der Außentemperatur (T AT,rm ). DerBehaglichkeitsbereich wird in Abhängigkeit der Nutzerakzeptanz festgelegt:Der Temperaturbereich beträgt ±2,5°C für 90% Akzeptanz (Klasse A) und±3,5°C für 80% Akzeptanz (Klasse B). Zusätzlich wird eine Klasse C mit einerAkzeptanz von 65% und einem Temperaturbereich von ±4,2°C definiert.Die gemessenen operativen Raumtemperaturen für beide Klassenräumewährend der Anwesenheit der Schüler sind nach der Europäischen RichtlinieDIN EN 15251:2007-08 dargestellt (Abbildung 15). Die Raumtemperaturenliegen innerhalb der Komfortklasse A (kaum Überschreitungen der oberenGrenzwerte), d.h. es ist ein sehr behagliches Raumklima gegeben. Dennochgibt es einige Unterschreitungen der definierten unteren Komfortgrenzen fürdie Klassen A, B und C. In den frühen Morgenstunden fällt dieRaumtemperatur teilweise unter 20°C. Dies ist bei einer manuellen Lüftung(keine Regelung auf Raum –oder Außentemperatur) kaum zu vermeiden. DieRaumtemperaturen steigen durch solare Einträge (Ostausrichtung) und interneLasten jedoch relativ schnell wieder an.Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 13

operative Raumtemperatur während Anwesenheit[°C]3230282624222018161401.06Schulferien07.0613.0619.0625.0601.0707.0713.0719.0725.07Raum 202 Raum 201 AußenluftAbbildung 14: Stündlich gemessene operative Raumtemperatur [°C] in den Räumen 202 und 201 währendder Anwesenheit der Schüler von 7:00 bis 16:00 Uhr, 1. Juni bis 11. Juli 2008 (Anmerkung: Schulferienab 11. Juli 2008, keine Anwesenheit der Schüler). Zusätzlich dargestellt ist die stündlich gemesseneAußenlufttemperatur.operative Raumtemperatur [°C]3230282624222018Raumkomfort im SommerEN 15251:2007-080 5 10 15 20 25 30gleitendes Mittel der Außentemperatur [°C]Raum 202Raum 201Abbildung 15: Europäische Richtlinie DIN EN 15251:2007-08: Darstellung der stündlich gemessenenoperativen Raumtemperatur [°C] in den Räumen 202 und 201 während der Anwesenheit der Schüler von7:00 bis 16:00 Uhr in Abhängigkeit des gleitenden Mittels der Außentemperatur, 1. Juni bis 10. Juli 2008(Anmerkung: Schulferien ab 11. Juli 2008).3.5 Ergebnisse der Messkampagne: CO2-KonzentrationZur Bewertung der CO 2 -Konzentration in Innenräumen ist der in der DIN 1946(Teil 2) genannte Wert von 0,15% (1.500 ppm) maßgeblich. Darüber hinauskann die Pettenkofer Zahl herangezogen werden: 0,1% oder 1.000 ppm anCO 2 (ppm entspricht parts per million pro Volumen oder 0,1 Vol%). DieserWert sollte nicht dauerhaft bzw. über längere Zeiträume überschritten werden.Die Überschreitung der Pettenkofer Zahl von 1.000 ppm ist als Zeichen für eineFraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 14

unzureichende Belüftung von Räumen zu werten. Gemäß Abbildung 16 liegtdie CO 2 -Konzentration in den untersuchten Räumen während der Anwesenheitder Schüler in einem Bereich von 1.000 bis 1.500 ppm. Dies setzt konsequentesLüften während des Unterrichtes voraus. Der Grenzwert von 1.500 wird nur anwenigen Stunden im dargestellten Zeitraum überschritten.CO2 Konzentration im Raum [ppm]25002000150010005000geschlossene PaneeleSchulferienRaum 202Raum 20101.06 07.06 13.06 19.06 25.06 01.07 07.07 13.07 19.07 25.07Abbildung 16: Darstellung der gemessenen CO2-Konzentration [ppm] in den Räumen 202 und 201, 1. Junibis 30. Juli 2008.3.6 Ergebnisse der Messkampagne: PhasenwechselmaterialienIm Folgenden wird der Einsatz von Phasenwechselmaterialien im Raum undderen Effekt auf den thermischen Raumkomfort bewertet. Gemäß denPlanungsunterlagen werden Smartboards als Deckenpaneel (raumseitig) und alsWandpaneel (Sandwichkonstruktion zwischen zwei Standard-Gipskartonplatten) eingesetzt. Vor diesem Hintergrund werden die Messdatenanalysiert und bewertet.Abbildung 17 stellt die Bauteiltemperaturen im Smartboard der Decke und inden Gipskartonplatten der Rückwand für den Raum 201 dar. ImTemperaturbereich des Phasenwechsels des PCMs (23 bis 25°C) verläuft dieTemperatur des Deckenpaneels weitaus gedämpfter als dieWandtemperaturen. An den zwei dargestellten, exemplarischen Tagen (9. und10. Juni) hat das Deckenpaneel eine Tagesamplitude von ein bis zwei Kelvin.Der Effekt des PCMs im Smartboard ist durch den verzögertenTemperaturanstieg und Temperaturabfall im Bereich zwischen 23 und 25°Cdeutlich sichtbar. Die maximalen Temperaturen in der Decke werdengrößtenteils außerhalb der Anwesenheit der Schüler gemessen.Die gemessenen Wandtemperaturen (Rückwand des Raumes) in den Standard-Gipskartonplatten, sowohl im raumseitigen Paneel als auch in der Mittellage,verlaufen mit größeren Tagesamplituden (bis zu 5 Kelvin) und zeigen damit einanderes Temperaturverhalten als das Deckenpaneel (Abbildung 18). BeideStandard-Gipskartonplatten der Wand zeigen ein annähernd gleichesthermisches Verhalten (Abbildung 17 und Abbildung 18). ImFraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 15

Temperaturbereich des Phasenwechsels von 23 bis 25°C zeigt sich imSmartboard des Deckenpaneels ein deutlicher Effekt der PCM, d.h. derGradient des Temperaturanstiegs bzw. des Temperaturabfalls ändert sich.Abbildung 20 stellt das Temperaturverhalten der Bauteiltemperaturen imDecken- und Wandpaneel (Mittellage) dar. Außerhalb der Nutzungszeit(Ferienzeit ab 11. Juli) zeigen die Räume 201 und 202 ein sehr ähnlichesTemperaturverhalten (beide Räumen in Ostrichtung, geschlossenerSonnenschutz, keine internen Lasten). Außerhalb des Temperaturbereiches desPhasenwechsels (21. bis 25. Juli) zeigen die Decken- und Wandtemperatureneinen ähnlichen Tagesverlauf und die gleichen Tagestemperaturamplituden. ImTemperaturbereich des Phasenwechsels der PCM verläuft dieDeckentemperatur in gedämpfter Tagesamplitude und verzögertemTemperaturanstieg bzw. Temperaturabfall.262524Temperaturbereich PCMRaum 201Temperatur [°C]23222120ORT19Decke18Wand_GKP-MittellageWand_GKP-raumseitig170:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00Abbildung 17: Temperaturverlauf, Raum 201: operative Raumtemperaturen, Bauteiltemperatur Decke(Smartboard), Bauteiltemperatur Wand (Gipskartonplatte Mittellage) und Oberflächentemperatur der Wand(raumseitige Gipskartonplatte), 9. Juni und 10. Juni 2008.Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 16

262524Temperaturbereich PCMRaum 201Temperatur [°C]23222120191817ORTWand-GKP-MittellageWand-GKP-raumseitig0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00Abbildung 18: Temperaturverlauf, Raum 201: operative Raumtemperaturen, Bauteiltemperatur Wand(Mittellage) und Oberflächentemperatur der Wand (raumseitige Gipskartonplatte), 7. Juni bis 11. Juni 2008.262524Temperaturbereich PCMRaum 201Temperatur [°C]23222120191817ORTDeckeWand_GKP-Mittellage0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00Abbildung 19: Temperaturverlauf, Raum 201: operative Raumtemperaturen, Bauteiltemperatur Wand(Mittellage) und Bauteiltemperatur Decke (Smartboard, raumseitig), 7. Juni bis 11. Juni 2008.Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 17

Bauteiltemperaturen Smartboard [°C]2625Temperaturbereich PCM2423222120191817Decke_202Wand_GKP-Mittellage_20216Decke_20115Wand_GKP-Mittellage_2011421.07 23.07 25.07 27.07 29.07Abbildung 20: Bauteiltemperaturen [°C] in den Räumen 201 und 202 während der Ferienzeit:Deckenpaneel (Smartboard, raumseitig) und Wandpaneel (Mittellage). Räume zeigen außerhalb derNutzungszeit gleiches Temperaturverhalten. Eindeutiger Unterschied zwischen den Bauteiltemperaturen derDecke und der Wand im Temperaturbereich des Phasenwechsels.4 Teil B: Modellbasierte Auswertung und SimulationsstudieZielIn einer Simulationsstudie soll mittels validierten Gebäudemodells der Einflussdes Phasenwechselmaterials auf den thermischen Raumkomfort inAbhängigkeit der manuellen Lüftung untersucht werden. Es werden dazu imFolgenden drei Varianten bewertet:(i)(ii)(iii)Referenzvariante: Klassenraum ohne PCM (Kennzeichung:Referenz)Planungsvariante: Klassenraum mit Smartboard 23 in der Decke(raumseitig) und Ausführung der Innen- und Außenwände alsSandwichkonstruktion mit Smartboard 23 (Kennzeichnung:Planung)Deckenvariante: Klassenraum mit Smartboard 23 in der Decke(raumseitig) und Ausführung der Innen- und Außenwände mitzwei Gipskartonplatten (Kennzeichnung: Deckenvariante)MethodikDie modellbasierte Auswertung der Messkampagne und die sich darananschließende Simulationsstudie werden mit dem dynamischen Gebäude-Simulationstool ESP-r, Version 11.5 (Mai 2008) durchgeführt.Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 18

4.1 Validierung des GebäudemodellsFür die Validierung des Gebäudemodells wird die Ferienzeit vom 11. bis 30. Juliherangezogen. In dieser Periode gibt es keine internen Lasten durch Schüler,Beleuchtung und Geräte. Damit ist der Raum weitgehend ungestört und bietetsich zur bauphysikalischen Charakterisierung und zur Validierung desGebäudesimulationsmodell an.Beschreibung GebäudemodellGebäudemodell: Das geometrische Gebäudemodell in ESP-r besteht aus dreiZonen, den Klassenräumen 201 und 202 sowie dem sich daran anschließendenFlurbereich. Die Validierung wird für den Raum 202 durchgeführt. DieLufttemperatur des Raumes 201 wird als bekannt vorausgesetzt. Der Raum 202ist nach Osten ausgerichtet und hat eine Grundfläche von 59,2 m². Währendder Ferienzeit gab es keine internen Lasteinträge durch Personen, Beleuchtungund Geräte. Der Sonnenschutz war geschlossen.Luftknotenmodell: Die sich einstellenden Luftwechsel über die geöffnetenLüftungspaneele werden mittels eines in das Gebäudemodell integriertenLuftknotenmodells ermittelt, welches aus einem Luftknoten in den Zonen(Klassenräume und Flur) sowie weiteren Luftknoten außerhalb des Gebäudesbesteht. Dabei repräsentiert jeweils ein Luftknoten den raumgemitteltenLuftwechsel in der Zone. In diesem Modell sind folgende Komponentenabgebildet: Lüftungspaneele in der Abmessung 45 x 1800 mm, Undichtheitenin der Gebäudehülle und Tür von Klassenräumen zum Flur. Die einzelnenLuftknotenpunkte sind über diese Komponenten verknüpft. Damit ist dieEinstellung eines realistischen Luftwechsels gewährleistet. Das Nutzerverhaltenfür das Öffnen und Schließen der Paneele wird der Messung entnommen(Reedkontakte an den Paneelen und Türen).Wand- und Deckenaufbau: Die Abmessungen und Materialaufbauten derBauteile werden den Plänen vom Juli 2007 entnommen:• Die Innenwand zwischen Klassenraum und Flur besteht aus einerGipskartonplatte, einem Smartboard und wiederum einerGipskartonplatte (raumseitig), Mineralwolldämmung und zweiGipskartonplatten (flurseitig).• Die tafelseitige Innenwand zwischen den Klassenräumen besteht auseiner Gipskartonplatte, einem Smartboard und wiederum einerGipskartonplatte, Mineralwolldämmung und zwei Gipskartonplatten.• Im Deckenpaneel befindet sich das Smartboard raumseitig.• Die Außenwand besteht aus einer Gipskartonplatte, einem Smartboardund wiederum einer Gipskartonplatte (raumseitig), Mineralwolldämmungund Ständerwandprofil.Wetter: Für die Validierung werden die Messdaten der auf dem Dach desSchulgebäudes installierten Wetterstation zu Grunde gelegt.Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 19

PCM: Das Smartboard hat einen PCM-Schmelzbereich von 23 bis 25°C(Smartboard 23).Mess- und Simulationswerte werden wie folgt gekennzeichnet: Messung (M)und Simulation (S).Abbildung 21: ESP-r Gebäudemodell bestehend aus drei Zonen (Klassenräume 201 und 202 sowie demFlur) und einem Referenzraum ohne PCM. Anmerkungen: Die dargestellten Würfel dienen in der Simulationausschließlich der Abbildung des Nutzerverhaltens für das Öffnen und Schließen der Paneele und Türen.Validierung des GebäudemodellsIn den folgenden Abbildungen ist die Validierung des Gebäudemodellsdargestellt. Dazu werden folgende Größen miteinander verglichen: operativeRaumtemperatur und Lufttemperatur (Abbildung 22), Bauteiltemperatur desSmartboards im Deckenpaneel (Abbildung 23) und Bauteiltemperatur derGipskartonplatte (Mittellage) der Wand (Abbildung 24). Bei Öffnung von dreiPaneelen wird in den Nachtstunden eine höhere Lüftungseffektivitätberücksichtigt (intensiverer Luftaustausch).Simulations- und Messergebnisse stimmen mit hinreichender Genauigkeitüberein.Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 20

Temperatur [°C]323028262422201816141210geöffnete FlurtürAußenluftLuft_MRaum_MRaum_SLuft_SPaneel321012.0713.0714.0715.0716.0717.0718.0719.0720.0721.0722.0723.07Anzahl geöffneter Lüftungspaneele [-]24.0725.0726.0727.0728.0729.0730.07Abbildung 22: Raum 202: Ergebnisse der Messungen und der Simulation für die Lufttemperatur und dieoperative Raumtemperatur (Messung M und Simulation S). Anmerkung: Vom 18.7 bis 21.7 waren dieLüftungspaneele im Raum 202 geschlossen, aber die Tür zum Flur geöffnet. Da der Luftwechsel zwischendem Klassenraum und dem Flur nicht bekannt ist (lichte Öffnung der Tür) und die Lufttemperatur im Flurnicht gemessen wurde, ergibt sich in den simulierten Raumtemperaturen innerhalb dieses Zeitraumes einegrößere Schwingung als in der Messung.Temperatur Smartboard Deckenpaneel [°C]262524232221201918171615Temperaturbereich PCMDecke_MDecke_SPaneel321012.0713.0714.0715.0716.0717.07Anzahl geöffneter Lüftungspaneele [-]18.0719.0720.0721.0722.0723.0724.0725.0726.0727.0728.0729.0730.07Abbildung 23: Raum 202: Ergebnisse der Messung und der Simulation für die Bauteiltemperatur desSmartboards als Deckenpaneel. Die Messung und die Simulation stimmen mit guter Genauigkeit überein.Im Temperaturbereich des PCM zwischen 23 und 25°C verläuft die Deckentemperatur in der Simulationgedämpfter (Amplitude zwischen 2 und 2.5 Kelvin).Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 21

263Temperature Gipskartonplatte Wand25242322212019181716Wand_MWand_SPaneel21Anzahl geöffneter Lüftungspaneele [-]15012.0713.0714.0715.0716.0717.0718.0719.0720.0721.0722.0723.0724.0725.0726.0727.0728.0729.0730.07Abbildung 24: Raum 202: Ergebnisse der Messungen und der Simulation für die Bauteiltemperatur derWand (zweite Gipskartonplatte).4.2 Simulationsstudie: Einfluss von Phasenwechselmaterial auf den thermischenRaumkomfortBeschreibung GebäudemodellGebäudemodell: Kapitel 4.1.Luftknotenmodell: Kapitel 4.1.Nutzerverhalten manuelle Lüftung: Zur Abbildung eines möglichst realenNutzerverhaltens wird das Öffnen und Schließen der drei Lüftungspaneelesowie der Tür zum Flur den Ergebnissen des Monitorings entnommen(Reedkontakte an den Paneelen und Türen).Wand- und Deckenaufbau: Die Abmessungen und Materialaufbauten derBauteile werden entsprechend der drei Varianten wie folgt angepasst:(iv)(v)(vi)Referenzvariante: kein Einsatz von SmartboardPlanungsvariante: Klassenraum mit Smartboard 23 in der Decke(raumseitig) und Ausführung der Innen- und Außenwände alsSandwichkonstruktion mit Smartboard 23 (Kennzeichnung:Planung)Deckenvariante: Klassenraum mit Smartboard 23 in der Decke(raumseitig) und Ausführung der Wände mit zwei Standard-Gipskartonplatten (Kennzeichnung: Deckenvariante)Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 22

Wetter: Kapitel 4.1.Interne Lasten: Die Anwesenheit von Schülern und Lehrer wird gemäß der zurVerfügung gestellten Raumbelegungsplänen für die Räume 202 und 201entnommen. Weiterhin werden die internen Lasten durch die Beleuchtungbestimmt. Es wird angenommen, dass bei Anwesenheit der Schüler dieTafelbeleuchtung (116 W) und drei Deckenleuchten (224 W) genutzt werden.Nutzerverhalten Sonnenschutz: Der außen liegende Sonnenschutz wird beieiner solaren Einstrahlung von 200 W auf die vertikale Fassade geschlossen.Simulationszeitraum: 01. Juni bis 30. Juli (Ferienzeit ab dem 11. Juli).Auswertung der SimulationsstudieIm Folgenden sind für die einzelnen Varianten die Ergebnisse für die operativenRaumtemperaturen und Bauteiltemperaturen unter den definiertenRandbedingungen ausgewertet:1. Vergleich Referenzvariante und Deckenvariante: Zwischen derDeckenvariante der Klassenräume (Smartboard nur im Deckenpaneel)und der Referenzvariante ohne PCM gibt es einen Unterschied imthermischen Raumkomfort (Abbildung 30) von bis zu 0,5 Kelvin. DasSmartboard als Deckenpaneel (Fläche ca. 40 m²) stellt eine Erhöhungder thermischen Speicherkapazität des Raumes dar. Diese ist aber nichtausreichend, um die Komfortklasse A einzuhalten. UnterBerücksichtigung eines konsequenten Lüftungsverhaltens erreicht dasGebäude im Juni und Juli 2008 die Komfortklasse B nach der gültigeneuropäischen Komfortnorm DIN EN 15251:2007-08.2. Vergleich Referenzvariante und Planungsvariante: Die Planungsvariante(Smartboard in den Innenwänden als Sandwichpaneel und imDeckenpaneel) stellt eine deutliche Verbesserung des thermischenRaumkomforts im Vergleich zur Referenzvariante dar. Maximaleoperative Raumtemperaturen werden bis zu 1 Kelvin reduziert. Überden Zeitraum von Juni bis Juli 2008 gibt es keine Überschreitung deroberen Komfortgrenzen (unter gegebenen Lüftungsverhalten derNutzer) nach der europäischen Komfortnorm DIN EN 15251:2007-08.3. Vergleich Deckenvariante und Planungsvariante: Die Integration vomSmartboard im Deckenpaneel (Deckenvariante) bewirkt eine Reduktionder operativen Raumtemperaturen um bis zu 0.5 Kelvin. Damit erreichtdas Gebäude unter den gegebenen Außenbedingungen und desLüftungsverhaltens der Nutzer die Komfortklasse B der europäischenKomfortnorm DIN EN 15251:2007-08. Das Einbringen von Smartboardin allen Umschliessungsflächen des Raumes (Planungsvariante)verdoppelt den Effekt des Phasenwechselmaterials. Die operativenRaumtemperaturen werden bis um 1 Kelvin reduziert. Damit erreichtdas Gebäude die Komfortklasse A.Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 23

4. Die Überschreitungshäufigkeit einer operativen Raumtemperatur von26°C beträgt für die Referenzvariante 30 Stunden, für dieDeckenvariante 13 Stunden und für die Planungsvariante 4 Stunden.operative Raumtemperatur [°C]302826242220181614AußenluftWochenendeTemperaturbereich PCM321023.0624.06Anzahl geöffneter Lüftungspaneele [-]25.0626.0627.0628.0629.06Paneel Referenzvariante Deckenvariante PlanungsvarianteAbbildung 25: Ergebnisse der Simulation für die operative Raumtemperatur [°C] für den Referenzfall (grün,ohne PCM), der Planungsvariante (blau, mit PCM) und die Deckenvariante (rot, mit PCM) (eine Schulwochevom 23. bis 29. Juni 2008).Temperatur Deckenpaneel [°C]30292827262524232221201918171616.06Temperaturbereich PCM17.0618.0619.0620.06Wochenende21.0622.0623.06ReferenzvarianteDeckenvariantePlanungsvariantePaneel24.0625.0626.063Wochenende21027.0628.0629.06Anzahl geöffneter Lüftungspaneele [-]Abbildung 26: Ergebnisse der Simulation für Bauteiltemperatur [°C] des Deckenpaneels für dieReferenzvariante (grün, ohne PCM), die Planungsvariante (blau, mit PCM) und die Deckenvariante (rot, mitPCM) (zwei Schulwochen vom 16. bis 29. Juni 2008).Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 24

Temperatur Wand (Sandwich) [°C]30292827262524232221201918171616.06Temperaturbereich PCM17.0618.0619.0620.06Wochenende21.0622.0623.06DeckenvarianteReferenzvariantePlanungsvariantePaneel24.0625.0626.06Wochenende27.0628.0629.063210Anzahl geöffneter Lüftungspaneele [-]Abbildung 27: Ergebnisse der Simulation für Bauteiltemperatur [°C] einer Innenwand für dieReferenzvariante (grün, ohne PCM), die Planungsvariante (blau, mit PCM) und die Deckenvariante (rot,ohne PCM) (zwei Schulwochen vom 16. bis 29. Juni 2008)..3029operative Raumtemperatur [°C]2827262524232221ReferenzvarianteDeckenvariantePlanungsvariante200 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Anteil an der Betriebszeit [%] (Wochentag und Wochenende)Abbildung 28: Dauerlinie der operativen Raumtemperatur: Auswertung des thermischen Komforts für dieReferenzvariante, die Planungsvariante und die Deckenvariante. Bei längerer Anwesenheit der Schüler undgeschlossenen Lüftungspaneelen kann es bei höheren Außentemperaturen zu einem starken Anstieg deroperativen Raumtemperatur kommen. Dann sind maximale Temperaturen bis zu 28°C möglich (siehe graueMarkierung).Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 25

operative Raumtemperatur [°C]3230282624222018Raumkomfort im SommerEN 15251:2007-080 5 10 15 20 25 30gleitendes Tagesmittel der Außentemperatur [°C]ReferenzvarianteDeckenvariantePlanungsvarianteAbbildung 29: Auswertung des thermischen Komforts während der Zeit von 7:00 bis 18:00 Uhr an denWochentagen vom 1. Juni bis 30. Juli 2008 für die Referenzvariante, Planungsvariante und derDeckenvariante nach der Komfortnorm DIN EN 15251:2007-08. Bleiben bei höheren Außentemperaturendie Paneele während der Anwesenheit der Schüler geschlossen (graue Markierung), kann es zu einerdeutlichen Überschreitung der Komfortgrenzen kommen. Dies unterstreicht die Wichtigkeit eineskonsequenten Lüftungsverhaltens der Nutzer.Fraunhofer ISE, DKa, Rev. 14.11.2008 26

PHI ⋅ Rheinstraße 44/46 ⋅ D-64283 DarmstadtPASSIVHAUSINSTITUTDr. Wolfgang FeistEinfluss von Wärmedämmung undPhasenwechselmaterial auf denEnergiebedarf und CO 2 -Ausstoß inverschiedenen europäischen Klimataim Auftrag derBASF AGMarketing Support Branches & Industries EuropeDr. Daniela Origgiconstruction.europe@basf.comFebruar 2006Jürgen SchniedersInhaltWärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen Klimata1 EINLEITUNG....................................................................................................... 32 BERECHNUNGSMETHODE .............................................................................. 42.1 Das Gebäudesimulationsprogramm DYNBIL .......................................................................... 43 VARIATION DES DÄMMSTANDARDS.............................................................. 53.1 Durchführung der Berechnungen........................................................................................... 53.2 Beispielgebäude....................................................................................................................... 63.3 Eigenschaften der untersuchten BASF-Produkte................................................................. 83.4 Ergebnisse ................................................................................................................................ 84 WIRTSCHAFTLICHKEIT DER WÄRMEDÄMMUNG........................................ 184.1 Randbedingungen und Rechenverfahren............................................................................ 184.2 Wirtschaftlichkeit der Wärmedämmung in Dach, Wand und Keller.................................. 195 PHASENWECHSELMATERIALIEN ................................................................. 215.1 Phasenwechselmaterial: Micronal PCM............................................................................... 215.2 Simulationsmodell.................................................................................................................. 215.3 Simulationsergebnisse .......................................................................................................... 235.4 Wirtschaftlichkeit.................................................................................................................... 265.4.1 Theoretische Grenzen ..................................................................................................... 265.4.2 Simulationsergebnisse..................................................................................................... 265.4.3 Weitere Aspekte zur Ökonomie von Micronal ® PCM SmartBoard TM ............................. 276 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................... 287 LITERATUR ...................................................................................................... 30ANHANG.................................................................................................................. 31A DOKUMENTATION DES BEISPIELGEBÄUDES FÜR DIEUNTERSUCHUNGEN ZUR WÄRMEDÄMMUNG.................................................... 31A.1 Allgemeines ............................................................................................................................ 31A.2 Ansichten von Süden (links) und Norden (rechts) ............................................................. 31A.3 Grundrisse .............................................................................................................................. 32A.4 Schnitt von Osten................................................................................................................... 32A.5 Zoneneinteilung...................................................................................................................... 33A.6 Bauteile.................................................................................................................................... 34A.7 Lüftung .................................................................................................................................... 35A.8 Heizung und Kühlung ............................................................................................................ 36A.9 Interne Wärmegewinne .......................................................................................................... 36A.10 Verschattung ...................................................................................................................... 36B KLIMA............................................................................................................... 37C ENERGIEBEDARF UND EMISSIONEN ........................................................... 37D EIGENSCHAFTEN VON MICRONAL ® PCM .................................................. 38- 2 -

Wärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataWärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen Klimata1 EinleitungDie vorliegende Studie untersucht den Einfluss von Wärmedämmung undPhasenwechselmaterialien auf den Energiebedarf für Heizung und Kühlung bzw. dassommerliche Raumklima für 6 verschiedene europäische Standorte: Warschau,Frankfurt/M., London, Paris, Rom und Sevilla.Gegenstand der Untersuchung ist der Effekt der folgenden Produkte (Herstellerangaben):• Styropor ® : expandierbares EPS der BASF für die Herstellung von EPS-Dämmplatten. Styropor zeichnet sich aus durch ein gutes Wärmedämmvermögen,hohe Druckfestigkeit, gute Stoßdämpfung, geringes Gewicht undFeuchteunempfindlichkeit. Anwendungen: WDVS, Trittschalldämmung,Dämmung der obersten Geschossdecke, Dämmung Steildach, DämmungKellerdecken, Flachdachdämmung, Schalsteine und Formteile.• Neopor ® : expandierbares EPS der BASF für die Herstellung von EPS-Dämmplatten. Durch den Einsatz von Infrarot- Absorbern erzielt Neopor beigeringerem Materialeinsatz die gleiche Dämmleistung wie Standard-EPS.Anwendungen: WDVS, Trittschalldämmung, Dämmung der obersten Geschossdecke,Dämmung Steildach, Dämmung Kellerdecken, Flachdachdämmung,Schalsteine und Formteile.• Styrodur ® C: extrudierter Polystyrol-Hartschaumstoff (XPS), der von der BASFhergestellt wird. Styrodur zeichnet sich durch ein gutes Wärmedämmvermögen,geringe Wasseraufnahme und hohe Druckfestigkeit aus. Anwendungen:Perimeterdämmung, Umkehrdach, Wärmebrückendämmung, Bodendämmung,Kerndämmung, Steildachdämmung, Deckendämmung, Frostschutz im StraßenundSchienenwegebau.• Elastopor ® H: Elastopor H ist ein zu zirka 95% geschlossenzelligerPolyurethanhartschaumstoff zur Herstellung von Spritzschaum und Hartschaumplatten.Mehrlagig per Spritzpistole aufgetragen, kann Elastopor H gleichzeitig alsWärmedämmung und zur fugenlosen Abdichtung verwendet werden.• Micronal ® PCM: von der BASF hergestellter Latentwärmespeicher. Mit Micronal ®PCM modifizierte Baustoffe stabilisieren die Raumtemperatur im Bereich desPhasenübergangs. Micronal ® ist erhältlich von BASF als Pulver oder Flüssigkeit,z.B. für die Herstellung von Putz oder von Gipskartonplatten mit Latentwärmespeicherfunktion.Die Untersuchungen der Dämmmaterialien wurden anhand eines Reihenendhausesmit Wohnnutzung durchgeführt. Für die Untersuchung des PhasenwechselmaterialsMicronal ® PCM wurden zwei Räume in einem Bürogebäude betrachtet.2 Berechnungsmethode2.1 Das Gebäudesimulationsprogramm DYNBILDer Heizwärmebedarf aller Varianten in dieser Studie wurde mit Hilfe derdynamischen thermischen Gebäudesimulation ermittelt. Diese Methode ermöglichteine detaillierte Vorhersage des thermischen Verhaltens von Gebäuden aufGrundlage der physikalischen Zusammenhänge. Im Gegensatz zu stationärenVerfahren gehen auch Wärmespeichervorgänge explizit in die Berechnung ein. DasGebäude wird in mehrere Zonen eingeteilt, so dass Räume mit verschiedenenRandbedingungen (Nutzung, Fensterflächen, Verschattung, Orientierung,Temperaturanforderungen, Geometrie) getrennt voneinander untersucht werdenkönnen. Berücksichtigt werden u.a. die thermischen Bauteileigenschaften, dieAuswirkungen von Solarstrahlung, internen Wärmegewinnen und Heizung bzw.Kühlung sowie die Wechselwirkungen der Zonen untereinander. Die Simulationverarbeitet Stundenwerte der Randbedingungen und liefert als Ergebnis für jedeZone des Modells den Verlauf der Temperaturen bzw. der erforderlichen Heiz- undKühlleistungen.Die Berechnung erfolgte mit dem PHI-eigenen dynamischen GebäudesimulationsprogrammDYNBIL. Detaillierte Vergleiche der Ergebnisse von DYNBIL-Berechnungen mit Messungen in gebauten Projekten zeigten sehr guteÜbereinstimmung. Das Programm hat sich seit vielen Jahren in der Projektierungund thermischen Untersuchung von Gebäuden bewährt. Es wird durch die folgendenEigenschaften charakterisiert [Feist 1999]:• Wärmeleitung und Wärmespeicherung– Instationäre Wärmeströme (Mehrkapazitäten-Netzwerkmodell) inkl. eindimensionalerErsatzdarstellungen für Wärmebrücken• Konvektiver Wärmeübergang– Temperaturabhängigkeit des konvektiven Wärmeübergangs an Oberflächenim Raum– Temperaturabhängigkeit des konvektiven Wärmeübergangs im ebenen Spalt(Scheibenzwischenräume)• Langwelliger Strahlungsaustausch– Approximation des Strahlungswärmeaustausches im Raum durch dasZweisternmodell bei sauberer Trennung zwischen Strahlung und Konvektion• Kurzwellige Strahlung– Einfluß des Einfallswinkels für den Strahlungsdurchgang am Fenster– Verschattung der kurzwelligen Strahlung• Wärmeübergang an Außenoberflächen– Konvektiver Wärmeübergang, windabhängig- 3 -- 4 -

Wärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataWärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen Klimata– Langwelliger Strahlungsaustausch an Außenoberflächen mit der Umgebungund Abstrahlung in den Himmel, atmosphärische Gegenstrahlung• Interne Wärmequellen– Berücksichtigung unterschiedlicher Wärmetransportmechanismen• Der Einfluß der Wärmeabgabe– Bewertung des Raumklimas mit Hilfe von operativen Temperaturenberücksichtigt, Hilfsstrom für die Raumkühlung ist in der Jahresarbeitszahl desKühlgerätes bereits enthalten.• CO 2 -Ausstoß für Raumheizung und -kühlung.3 Variation des Dämmstandards3.1 Durchführung der BerechnungenDie positiven Auswirkungen von Wärmedämmung auf den Heizwärmebedarf und denEnergieverbrauch in kalten Klimata sind in der Wissenschaft unumstritten, aber in derbreiten Öffentlichkeit immer noch ungenügend bekannt. Unklarheit herrscht zum Teilüber das Ausmaß der mit Dämmmaßnahmen erzielbaren Energieeinsparung undüber den Nutzen beim Einsatz in wärmeren Klimaten, insbesondere in Bezug auf denSommerfall.In diesem Abschnitt werden die Konsequenzen unterschiedlicher Dämmniveaus fürdie folgenden Größen ermittelt:• Heizwärmebedarf, d.h. die Wärmemenge, die den Räumen im Laufe eines Jahreszugeführt werden muss, um eine operative Raumtemperatur von 20 °C zugewährleisten.• Heizenergiebedarf, d.h. die Menge an Energie in Form von z.B. Heizöl oderErdgas, die dem Heizsystem im Laufe eines Jahres zugeführt werden muss, umeine operative Raumtemperatur von 20 °C zu gewährleisten.• Nutzkältebedarf, d.h. die Wärmemenge, die dem Gebäude im Laufe eines Jahresdurch eine aktive Kühlung entzogen werden muss, um die Lufttemperatur aufhöchstens 25 °C zu begrenzen.• Strombedarf Raumkühlung, d.h. der sich daraus bei typischen Jahresarbeitszahlender gängigen Splitgeräte ergebende jährliche Stromverbrauch fürdie Raumkühlung.• Spitzentemperatur, d.h. der höchste Stundenmittelwert, der in irgendeinem derWohnräume (Zone 1 bis 6) im Laufe des Jahres aufgetreten ist. In der Regeltreten die höchsten Temperaturen in Zone 4 auf, die südorientiert ist und unterdem Dach liegt (vgl. Abbildung 1).• Überhitzungshäufigkeit, d.h. die Anzahl der Stunden, in denen die operativeRaumtemperatur über 25 °C liegt, falls keine aktive Kühlung installiert ist.Dargestellt wird der wohnflächengewichtete Mittelwert dieser Häufigkeit für dieWohnräume.• Primärenergiebedarf für Raumheizung und -kühlung. Hier wird angenommen,dass eine aktive Kühlung betrieben wird. Der Hilfsstrombedarf der Heizung wurdeAbbildung 1: Beispiel für den Temperaturverlauf im Sommer (Frankfurt/M., Dämmstandard“minimal”, keine aktive Kühlung)3.2 BeispielgebäudeDie Simulationsrechnungen wurden anhand des in Abbildung 2 dargestelltenReihenendhauses durchgeführt. Das Gebäude ist zweigeschossig und besitzt einenKeller, der innerhalb der thermischen Gebäudehülle liegt, aber nicht aktiv beheiztwird. Das Gebäude ist in Massivbauweise errichtet, die Wohnfläche beträgt 120 m².- 5 -- 6 -

Wärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataWärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataEsszimmerKüche FlurEGWohnzimmerWindfangAbstellraumWC3.3 Eigenschaften der untersuchten BASF-ProdukteFür die Wärmeleitfähigkeiten werden durchgehend die Nennwerte λ D anstelle der fürNachweise (z.B. lt. Energieeinsparverordnung) üblichen Bemessungswerte verwendet.Nennwerte werden direkt aus Messungen unter Berücksichtigung derstatistischen Streuung und eines Alterungszuschlages ermittelt, sie entsprechen alsoder während der Lebensdauer im Mittel zu erwartenden Wärmeleitfähigkeit.Die folgenden Materialdaten wurden eingesetzt:Material BASF-Produkt Dichte[kg/m³]Wand IR-EPS Neopor ®(Rohstoff)Wand 1 EPS Styropor(Rohstoff)Dach PUR Elastopor ® H 2(Rohstoff)Keller XPS Styrodur ® 3035 CS(Fertiges Produkt)VerwendungWärmekapazität[J/kgK]Wärmeleitfähigkeit[W/(mK)]15 1210 0,03215 1210 0,03830 1500 0,02333 1500 0,032 - 0,04 3Abbildung 2: Südansicht und EG-Grundriss des Reihenendhauses, das als Beispielobjekt fürdie Untersuchung des Einflusses von Wärmedämmung verwendet wurde (vgl. auch Anhang).Eine detaillierte Beschreibung des verwendeten Simulationsmodells ist im Anhang zufinden.Unterschiedlicher Wärmeschutz bezieht sich nicht nur auf die Wärmedämmung vonWand, Dach und Keller. Guter Wärmeschutz der opaken Bauteile, gute thermischeQualität der Fenster und die Reduzierung der Lüftungswärmeverluste gehörenzusammen. Daher wurden 4 verschiedene Beispielgebäude untersucht, in denen dieKomponenten des Wärmeschutzes jeweils sinnvoll aufeinander abgestimmt sind.Da das Klima im Mittelmeerraum sich erheblich von dem in den nördlicheren TeilenEuropas unterscheidet, wurden die Details des Beispielgebäudes für Sevilla undRom in einigen Punkten anders gewählt als für die übrigen Standorte. DerWärmeschutzstandard wurde generell südlich der Alpen geringer gewählt, das Dachist massiv statt als Leichtbaukonstruktion ausgeführt, die Fenster besitzenFensterläden zum Schutz gegen die sommerliche Solarstrahlung, und bei denVarianten ohne Klimaanlage werden die Fenster zur Auskühlung des Gebäudes weitgeöffnet und nicht nur gekippt.1 Die Simulationsrechnungen wurden mit Neopor ® durchgeführt. Alternativ kann auch Styropor ®verwendet werden, die Dämmstoffstärke ist dann um 19 % größer zu wählen.2 Elastopor ® H ist ein Produkt der BASF Gruppe Gesellschaft Elastogran. Die Berechnung erfolgt füreinen Pentan-getriebenen Schaum mit diffusionsdichter Deckschicht.3 Dickenabhängig: 0,032 bis 30 mm, 0,034 bis 60 mm, 0,036 bis 80 mm, 0,038 bis 160 mm, 0,04 über160 mm.3.4 ErgebnisseWie erwähnt wurden die Simulationsrechnungen zunächst für vier verschiedeneDämmstandards im Vergleich durchgeführt:• “minimal”: Das Gebäude weist lediglich einen gewissen Mindest-Wärmeschutzauf, der geeignet ist, Oberflächentauwasser zu verhindern. Die U-Werte betragenim Dach 1,0 W/(m²K) (massives Dach südlich der Alpen) bzw. 0,84 W/(m²K)(Sparrendach nördlich der Alpen) und in der Wand 1,16 W/(m²K). Kellerdecke,Kellerwand und Bodenplatte sind nicht gedämmt. Viele bestehende Altbautenhaben Wärmeschutzstandards, die jedenfalls nicht besser sind als der hierverwendete Dämmstandard “minimal”.• “mäßig”: Die Altbau-Bauteile sind mit zusätzlicher Wärmedämmung versehen.Der Dämmstandard entspricht in etwa dem eines im Laufe der letzten Jahreerrichteten Gebäudes.• “gut”: Hier ist ein nochmals besserer Wärmeschutz realisiert worden. Inverschiedenen Studien ([Kah 2005], [Rabenstein 2006]) wurden wirtschaftlichoptimale Dämmstoffstärken für den Fall ermittelt, dass keine Wechselwirkungenmit anderen Kosten auftreten (z.B. Fördermittel oder durch bessere Dämmung- 7 -- 8 -

Wärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataWärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen Klimataermöglichte Einsparungen in der Haustechnik). Die Ergebnisse solcherOptimierungsrechnungen dienten für diesen Fall als Richtlinie für die Bestimmungder Dämmstoffstärken. Das Gebäude ist näherungsweise repräsentativ für einNiedrigenergiehaus.• “sehr gut”: Der Wärmeschutz orientiert sich am Passivhaus-Standard. Südlich derAlpen wurde ein Dämmniveau angenommen, das etwa dem Anforderungsniveaudes deutschen Neubaus entspricht.Der Übersichtlichkeit halber wurden die Gebäudeeigenschaften für die vierKlimazonen nördlich der Alpen nicht mehr weiter differenziert, das Gleiche gilt für diebeiden Klimazonen südlich der Alpen. In der folgenden Tabelle sind dieDämmstoffstärken und die U-Werte der Außenbauteile für die untersuchten Fällezusammengefasst.Nördlich der AlpenFall DämmungDach cmDämmungWand cmDämmungBP cmKellerwandcmminimal 0 0 0 0mäßig 10 8 4 4gut 15 15 8 8sehr gut 30 30 20 20In den Grafiken auf den folgenden Seiten sind die thermischen Eigenschaften desBeispielgebäudes und die in Abschnitt 3.1 erläuterten Ergebnisse zusammengefasst.Nördlich der Alpen zeigte die Simulation, dass Raumkühlung bzw. Überhitzung fürdas Beispielgebäude unbedeutend sind: Der errechnete Kühlenergiebedarf lag inallen Fällen unter 2 kWh/(m²a); ohne Kühlung wird eine Raumtemperatur von 25 °Cfür weniger als eine Woche im Jahr überschritten. Daher sind diese Daten in denDiagrammen nicht dargestellt.Durchgehend ist festzustellen, dass sich durch verbesserten Wärmeschutz derEnergiebedarf und die Umweltbelastung bedeutend reduzieren lassen. Gleichzeitigist bei den südlichen Klimata der Kühlenergiebedarf besser gedämmter Gebäudegeringer, und der sommerliche Komfort verbessert sich.Unter den hier getroffenen Annahmen (Unterstützung der aktiven Kühlung durchmäßige Fensterlüftung, soweit dies sinnvoll ist; Kühlung auf 25 °C Lufttemperatur,vgl. Anhang) ist der Nutzkältebedarf in den meisten Fällen wesentlich geringer alsder Heizwärmebedarf. Nur in Sevilla kehrt sich diese Relation für die gut gedämmtenBeispiele um: In diesen Fällen wird fast keine Heizwärme mehr benötigt, während eingewisser Nutzkältebedarf von ca. 10 kWh/(m²a) verbleibt.FallU-WertDachW/(m²K)U-WertWandW/(m²K)U-WertBodenplatteW/(m²K)U-WertKellerwandW/(m²K)minimal 0,839 1,158 4 4mäßig 0,181 0,297 0,694 0,699gut 0,13 0,18 0,4 0,4sehr gut 0,07 0,098 0,19 0,19Südlich der AlpenFall DämmungDach cmDämmungWand cmDämmungBP cmKellerwandcmminimal 0 0 0 0mäßig 4 4 0 2gut 8 10 0 4sehr gut 15 15 0 6FallU-WertDachW/(m²K)U-WertWandW/(m²K)U-WertBodenplatteW/(m²K)U-WertKellerwandW/(m²K)minimal 1,019 1,158 4 4mäßig 0,368 0,473 4 1,139gut 0,224 0,251 4 0,699sehr gut 0,133 0,18 4 0,496- 9 -- 10 -

Wärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataWärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataWarschauFrankfurt/M.350Wärmeschutzniveau:minimal mäßig gut sehr gut350Wärmeschutzniveau:minimal mäßig gut sehr gut300300Wärmeschutz-StandardEnergie [kWh/(m²a)], CO 2 [kg/(m²a)]250200150100Wärmeschutz-StandardEnergie [kWh/(m²a)], CO 2 [kg/(m²a)]25020015010050500Heizwärme Heizenergie Primärenergie CO2-Emissionen0Heizwärme Heizenergie Primärenergie CO2-EmissionenminimalDämmstoffstärken: keine WärmedämmungZweifach-Isolierverglasung, U ≈ 2,8 W/(m²K), g ≈ 0,76*68 mm-HolzfensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 6 h -1FensterlüftungminimalDämmstoffstärken: keine WärmedämmungZweifach-Isolierverglasung, U ≈ 2,8 W/(m²K), g ≈ 0,76*68 mm-HolzfensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 6 h -1FensterlüftungmäßigDämmstoffstärken: Dach 10 cm, Wand 8 cm, Kellerwand und Bodenplatte 4 cmZweifach-Wärmeschutzverglasung, U ≈ 1,2 W/(m²K), g ≈ 0,53*68 mm-HolzfensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 4 h -1AbluftanlagemäßigDämmstoffstärken: Dach 10 cm, Wand 8 cm, Kellerwand und Bodenplatte 4 cmZweifach-Wärmeschutzverglasung, U ≈ 1,2 W/(m²K), g ≈ 0,53*68 mm-HolzfensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 4 h -1AbluftanlagegutDämmstoffstärken: Dach 15 cm, Wand 15 cm, Kellerwand und Bodenplatte 8 cmZweifach-Wärmeschutzverglasung, U ≈ 1,2 W/(m²K), g ≈ 0,53*68 mm-HolzfensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 1,5 h -1AbluftanlagegutDämmstoffstärken: Dach 15 cm, Wand 15 cm, Kellerwand und Bodenplatte 8 cmZweifach-Wärmeschutzverglasung, U ≈ 1,2 W/(m²K), g ≈ 0,53*68 mm-HolzfensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 1,5 h -1Abluftanlagesehr gutDämmstoffstärken: Dach 30 cm, Wand 30 cm, Kellerwand und Bodenplatte 20 cmDreifach-Wärmeschutzverglasung, U ≈ 0,51 W/(m²K), g ≈ 0,52*Passivhaus-FensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 0,5 h -1Lüftungsanlage mit 85% Wärmerückgewinnungsehr gutDämmstoffstärken: Dach 30 cm, Wand 30 cm, Kellerwand und Bodenplatte 20 cmDreifach-Wärmeschutzverglasung, U ≈ 0,51 W/(m²K), g ≈ 0,52*Passivhaus-FensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 0,5 h -1Lüftungsanlage mit 85% Wärmerückgewinnung* Nennwerte der verwendeten Verglasungen. Das Simulationsprogramm berücksichtigt dieAbhängigkeit der Verglasungseigenschaften von den jeweiligen Randbedingungen* Nennwerte der verwendeten Verglasungen. Das Simulationsprogramm berücksichtigt dieAbhängigkeit der Verglasungseigenschaften von den jeweiligen Randbedingungen- 11 -- 12 -

Wärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataWärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataLondonParis350Wärmeschutzniveau:minimal mäßig gut sehr gut350Wärmeschutzniveau:minimal mäßig gut sehr gut300300Wärmeschutz-StandardEnergie [kWh/(m²a)], CO 2 [kg/(m²a)]250200150100Wärmeschutz-StandardEnergie [kWh/(m²a)], CO 2 [kg/(m²a)]25020015010050500Heizwärme Heizenergie Primärenergie CO2-Emissionen0Heizwärme Heizenergie Primärenergie CO2-EmissionenminimalDämmstoffstärken: keine WärmedämmungZweifach-Isolierverglasung, U ≈ 2,8 W/(m²K), g ≈ 0,76*68 mm-HolzfensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 6 h -1FensterlüftungminimalDämmstoffstärken: keine WärmedämmungZweifach-Isolierverglasung, U ≈ 2,8 W/(m²K), g ≈ 0,76*68 mm-HolzfensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 6 h -1FensterlüftungmäßigDämmstoffstärken: Dach 10 cm, Wand 8 cm, Kellerwand und Bodenplatte 4 cmZweifach-Wärmeschutzverglasung, U ≈ 1,2 W/(m²K), g ≈ 0,53*68 mm-HolzfensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 4 h -1AbluftanlagemäßigDämmstoffstärken: Dach 10 cm, Wand 8 cm, Kellerwand und Bodenplatte 4 cmZweifach-Wärmeschutzverglasung, U ≈ 1,2 W/(m²K), g ≈ 0,53*68 mm-HolzfensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 4 h -1AbluftanlagegutDämmstoffstärken: Dach 15 cm, Wand 15 cm, Kellerwand und Bodenplatte 8 cmZweifach-Wärmeschutzverglasung, U ≈ 1,2 W/(m²K), g ≈ 0,53*68 mm-HolzfensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 1,5 h -1AbluftanlagegutDämmstoffstärken: Dach 15 cm, Wand 15 cm, Kellerwand und Bodenplatte 8 cmZweifach-Wärmeschutzverglasung, U ≈ 1,2 W/(m²K), g ≈ 0,53*68 mm-HolzfensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 1,5 h -1Abluftanlagesehr gutDämmstoffstärken: Dach 30 cm, Wand 30 cm, Kellerwand und Bodenplatte 20 cmDreifach-Wärmeschutzverglasung, U ≈ 0,51 W/(m²K), g ≈ 0,52*Passivhaus-FensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 0,5 h -1Lüftungsanlage mit 85% Wärmerückgewinnungsehr gutDämmstoffstärken: Dach 30 cm, Wand 30 cm, Kellerwand und Bodenplatte 20 cmDreifach-Wärmeschutzverglasung, U ≈ 0,51 W/(m²K), g ≈ 0,52*Passivhaus-FensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 0,5 h -1Lüftungsanlage mit 85% Wärmerückgewinnung* Nennwerte der verwendeten Verglasungen. Das Simulationsprogramm berücksichtigt dieAbhängigkeit der Verglasungseigenschaften von den jeweiligen Randbedingungen* Nennwerte der verwendeten Verglasungen. Das Simulationsprogramm berücksichtigt dieAbhängigkeit der Verglasungseigenschaften von den jeweiligen Randbedingungen- 13 -- 14 -

Wärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataWärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataRomSevillaWärmeschutzniveau:minimal mäßig gut sehr gutWärmeschutzniveau:minimal mäßig gut sehr gut1604016040Wärmeschutz-StandardEnergie [kWh/(m²a)], CO 2 [kg/(m²a)]14012010080604020Stunden im Jahr über 25 °C [%], Spitzentemperatur [°C]3530252015105Wärmeschutz-StandardEnergie [kWh/(m²a)], CO 2 [kg/(m²a)]14012010080604020Stunden im Jahr über 25 °C [%], Spitzentemperatur [°C]35302520151050Heizwärme Heizenergie Nutzkälte StromKühlungPrimärenergieCO2-Emissionen00Heizwärme Heizenergie Nutzkälte StromKühlungPrimärenergieStunden Spitzentemperaturüber 25 °CCO2-Emissionen0Stunden Spitzentemperaturüber 25 °CminimalDämmstoffstärken: keine WärmedämmungEinfachverglasung, U ≈ 5,7 W/(m²K), g ≈ 0,85*45 mm-HolzfensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 6 h -1FensterlüftungminimalDämmstoffstärken: keine WärmedämmungEinfachverglasung, U ≈ 5,7 W/(m²K), g ≈ 0,85*45 mm-HolzfensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 6 h -1FensterlüftungmäßigDämmstoffstärken: Dach 4 cm, Wand 4 cm, Kellerwand 2 cm, Bodenplatte 0 cmEinfachverglasung, U ≈ 5,7 W/(m²K), g ≈ 0,85*45 mm-HolzfensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 4 h -1AbluftanlagemäßigDämmstoffstärken: Dach 4 cm, Wand 4 cm, Kellerwand 2 cm, Bodenplatte 0 cmEinfachverglasung, U ≈ 5,7 W/(m²K), g ≈ 0,85*45 mm-HolzfensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 4 h -1AbluftanlagegutDämmstoffstärken: Dach 8 cm, Wand 10 cm, Kellerwand 4 cm, Bodenplatte 0 cmZweifach-Isolierverglasung, U ≈ 2,8 W/(m²K), g ≈ 0,76*68 mm-HolzfensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 1,5 h -1AbluftanlagegutDämmstoffstärken: Dach 8 cm, Wand 10 cm, Kellerwand 4 cm, Bodenplatte 0 cmZweifach-Isolierverglasung, U ≈ 2,8 W/(m²K), g ≈ 0,76*68 mm-HolzfensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 1,5 h -1Abluftanlagesehr gutDämmstoffstärken: Dach 15 cm, Wand 15 cm, Kellerwand 6 cm, Bodenplatte 0 cmZweifach-Wärmeschutzverglasung, U ≈ 1,2 W/(m²K), g ≈ 0,53*68 mm-HolzfensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 0,5 h -1Lüftungsanlage mit 85% Wärmerückgewinnung (falls Kühlung)* Nennwerte der verwendeten Verglasungen. Das Simulationsprogramm berücksichtigt dieAbhängigkeit der Verglasungseigenschaften von den jeweiligen RandbedingungenDämmstoffstärken: Dach 15 cm, Wand 15 cm, Kellerwand 6 cm, Bodenplatte 0 cmZweifach-Wärmeschutzverglasung, U ≈ 1,2 W/(m²K), g ≈ 0,53*68 mm-HolzfensterrahmenLuftdichtheit: n 50 = 0,5 h -1Lüftungsanlage mit 85% Wärmerückgewinnung (falls Kühlung)* Nennwerte der verwendeten Verglasungen. Das Simulationsprogramm berücksichtigt dieAbhängigkeit der Verglasungseigenschaften von den jeweiligen Randbedingungensehr gut- 15 -- 16 -

Wärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataWärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen Klimata4 Wirtschaftlichkeit der Wärmedämmung4.1 Randbedingungen und RechenverfahrenIn Abschnitt 3.4 wurde gezeigt, dass sich durch verbesserten Wärmeschutz in allenuntersuchten Klimata erhebliche Umweltentlastungen und Energieeinsparungenerzielen lassen. In diesem Abschnitt wird nun die Frage der Wirtschaftlichkeit vonDämmmaßnahmen beleuchtet.Die Wirtschaftlichkeitsberechnung erfolgt nach der Barwertmethode. Dabei wirdberücksichtigt, dass aufgrund der Verzinsung des für baulichen Mehraufwandaufgenommenen Kapitals Beträge, die erst in der Zukunft fließen, mit einementsprechend reduzierten Wert angesetzt werden müssen. Im vorliegenden Fallwurde diese Abzinsung für die eingesparten Energiekosten vorgenommen. Der zuGrunde gelegte Realzins beträgt 3,5% (Markt-Hypothekenkredit, nominal, ohneFörderung).Für die Dämmmaßnahmen wird generell eine Lebensdauer von 50 Jahren angesetzt.Dieser Zeitraum wird auch für die Wirtschaftlichkeitsberechnung betrachtet.Für die Energiekosten wurden zwei Varianten untersucht. In Variante 1 wird lediglichein moderater realer Preisanstieg über den Betrachtungszeitraum zu Grunde gelegt.Die Preise orientieren sich an den Energiebezugskosten des Jahres 2005 inDeutschland.Variante 2 nimmt einen Energiepreisanstieg in der Größenordnung des angesetztenRealzinssatzes von 3,5% an. In diesem Fall würde die Barwertmethode gerade einerstationären Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ohne Berücksichtigung von Zinseffektenentsprechen. Allerdings wird hier berücksichtigt, dass der Preis für Strom zur Zeit nuretwa zu einem Drittel vom Energiepreis bestimmt wird. Nur für dieses Drittel wird indieser Variante die entsprechende Preissteigerung zu Grunde gelegt.Die folgende Tabelle zeigt die resultierenden Mittelwerte der Energiepreise für denBetrachtungszeitraum von 50 Jahren.Variante 1:Variante 2:0% Energiepreissteigerung 3,5% EnergiepreissteigerungHeizwärme 0,061 €/kWh 0,167 €/kWhStrom 0,17 €/kWh 0,268 €/kWhZur Ermittlung der erforderlichen Investitionen für die Dämmung werden die Kosteneines zusätzlichen Zentimeters Wärmedämmung benötigt. Die Preise fürWärmedämmung können, wie Baupreise generell, von Bauvorhaben zuBauvorhaben erheblich variieren. Basierend auf einer Recherche in den in dieserStudie untersuchten Ländern werden die folgenden Werte für die variablenDämmstoffkosten, also den zusätzlichen Zentimeter Dämmstoff einschließlichetwaigem Mehraufwand für längere Befestigungsmittel, tiefere Fensterbänke,aufwendigere Gerüste o.ä. verwendet:- 17 -- 18 -

Wärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataWärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataNeoporElastopor HStyrodur 3035 CS1,06 €/(cm m²)1,77 €/(cm m²)1,30 €/(cm m²)Diese Kostenansätze können dazu dienen, die ökonomischen Auswirkungenverschiedener Dämmstoffstärken im Neubau zu ermitteln. Es wird alsoangenommen, dass ohnehin eine Wärmedämmung aufgebracht wird; die Kosten fürGerüststellen, Befestigung, Verputzen usw. sind dann nahezu unabhängig von derDämmstoffstärke.Auf die Modernisierung von Wand und Dach im Altbau lassen sich dieseKostenansätze ebenfalls anwenden, falls ohnehin die Anbringung einerWärmedämmung geplant ist. Auch hier ist der Großteil der Kosten unabhängig vonder Dämmstoffstärke. Die nachfolgend berechneten Kostenunterschiedeverschiedener Dämmstoffstärken dürfen jedoch nicht als Kosten einer energetischenAltbaumodernisierung fehlinterpretiert werden.4.2 Wirtschaftlichkeit der Wärmedämmung in Dach, Wandund KellerDie ökonomischen Vorteile der Wärmedämmung werden am besten deutlich, wennman sie am Beispielgebäude selbst betrachtet und dabei die Auswirkungen derDämmung an den opaken Bauteilen getrennt von den übrigen Komponentenanalysiert. Mit Hilfe der Simulation wurde zunächst die Energieeinsparung ermittelt,die sich ergibt, wenn man Dach, Wände und Keller statt wie im minimal gedämmtenAltbau auf dem Dämmniveau “gut” ausführt. Fenster, Lüftung usw. bleiben dabeiunverändert auf dem jeweils besseren Niveau, so dass nur der Effekt derWärmedämmung ermittelt wird; die Raumtemperatur im Winter beträgt 21 °C.Im zweiten Schritt wurden die zusätzlichen Kosten bestimmt, die sich durch diebessere Wärmedämmung ergeben. Dabei wird vorausgesetzt, dass auch dasGebäude mit minimalem Wärmeschutz bereits über eine Wärmedämmung desgleichen Systems verfügt, wie es im Beispiel verwendet wird, nur mit wesentlichgeringerer Dicke. In diesem Fall werden die zusätzlichen Kosten der besserenDämmung nur durch die oben angegebenen variablen Dämmkosten bestimmt.Die folgende Tabelle zeigt für die 6 untersuchten Klimata• die Investitionskosten für die bessere Wärmedämmung• die Energiekosteneinsparung pro Jahr bei unveränderten Energiekosten• die statische Amortisationszeit, d.h. die Zeit, nach der sich die Investition beistationärer Betrachtung bezahlt gemacht hätte• den Barwert des Netto-Gewinns durch die verbesserte Dämmung für die beidenVarianten der Energiepreisentwicklung.Warschau Frankfurt/M. London Paris Rom SevillaInvestition [€] 5500 5500 5500 5500 2800 2800Einsparung[€/a]1160 940 930 870 470 360statischeAmortisationszeit4.7 5.8 5.9 6.3 5.9 7.8[a]BarwertGewinn 21700 16600 16400 15000 8300 5600Variante 1 [€]BarwertGewinnVariante 2 [€]51600 40900 40500 37600 20000 13200In allen Klimata führt die verbesserte Wärmedämmung im Laufe ihrer Lebensdauerzu Netto-Gewinnen. Erwartungsgemäß ist die Einsparung in den kältesten Klimataam höchsten, doch lassen sich selbst im warmen Klima von Sevilla durch bessereWärmedämmung noch wirtschaftliche Gewinne erzielen. Die statischenAmortisationszeiten liegen in allen Fällen deutlich unter 10 Jahren.- 19 -- 20 -

Wärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataWärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen Klimata5 Phasenwechselmaterialien5.1 Phasenwechselmaterial: Micronal® PCMBeim Übergang aus der festen in die flüssige Phase nehmen Materialien oft großeWärmemengen auf, ohne dabei ihre Temperatur bedeutend zu verändern. DieserEffekt lässt sich zur Stabilisierung der Raumtemperatur in Gebäuden nutzen. Dafürmuss der Schmelzpunkt in einem baupraktisch relevanten Bereich liegen, diePhasenwechselmaterialien (Phase Change Materials, PCM) müssen vom Raum herthermisch zugänglich sein, und das geschmolzene PCM darf keine Baustoffedurchfeuchten. Mikroverkapselte Paraffine als Teil von Gipsputzen oderGipsbauplatten erfüllen diese Anforderungen, die fertigen Produkte lassen sich wiekonventionelle Putze bzw. Bauplatten verarbeiten.Nachfolgend wird das Produkt “Micronal® PCM SmartBoard” in einer Anwendung fürdie Klimatisierungsunterstützung in einem Bürogebäude untersucht. Micronal® PCMSmartBoard TM ist eine Gipsbauplatte von 15 mm Dicke, die einen Masseanteil von26% microverkapselten Paraffinen enthält.5.2 SimulationsmodellPhasenwechselmaterialien sind besonders wirksam, wenn die Temperaturen imRaum im Laufe des Tages regelmäßig stark anwachsen und wieder absinken,beispielsweise aufgrund hoher solarer oder interner Gewinne. Ein typisches Beispielhierfür stellen Büros dar, aber auch in Kindergärten, Schulen und Hörsälen, in derGastronomie oder Großküchen gibt es ausgeprägte Tagesgänge, die in bestimmtenPerioden ein tägliches Be- und Entladen des Speichers zur Folge haben können.In den Simulationsrechnungen wurde ein Einzelbüro als Ausschnitt aus einemgrößeren Bürogebäude betrachtet (Abbildung 3). Das Gebäude ist komplett inLeichtbauweise erstellt. Die beiden Büros auf der Nord- bzw. Südseite werden alskleine Einzelbüros angenommen, sie sind jeweils 1,80 m breit, 4 m tief und 2,80 mhoch (Innenmaße). Die Fenster sind als Bandfassade mit 1,80 m Höhe und 1,60 mBreite ausgeführt. Der Flur hat eine Breite von 1,20 m.Die Außenwand ist in Spanien und Italien mit 8 cm, nördlich der Alpen mit 15 cmNeopor® gedämmt. Die Fenster besitzen nördlich der Alpen eine Zweifach-Wärmeschutzverglasung, südlich der Alpen wird eine Zweifach-Isolierverglasungverwendet. Das Büro ist Nord-Süd-orientiert, eine außenliegende temporäreVerschattung ist nicht vorhanden.Abbildung 3: Struktur des Beispielobjekts für die Simulationsrechnungen mit Micronal PCM(nicht maßstäblich, Grafik: BASF)Das Büro weist hohe spezifische interne Lasten auf: Es ist mit einer Person belegt,die montags bis freitags von 8 bis 18 Uhr mit einer Stunde Mittagspause anwesendist. Die Arbeitshilfen (PC, Monitor, Drucker, Fax etc.) benötigen in dieser Zeit eineLeistung von 220 W. Hinzu kommt eine Grundlast von 15 W, die kontinuierlich anfällt.Die internen Wärmelasten summieren sich an einem Arbeitstag auf 400 Wh/(m²d).Aufgrund der hohen internen Lasten ist in allen untersuchten Klimata eine aktiveKühlung der Büros erforderlich. Diese begrenzt die Lufttemperatur auf 25 °C. ZurEnergieeinsparung wird die Klimaanlage durch ein nächtliches Kippen der Fensterunterstützt, so dass die Oberflächentemperaturen an vielen Tagen des Jahreswährend der Nacht wieder unter den Schmelzpunkt des Micronal PCM SmartBoardabsinken. Die beiden 1,80 m hohen Fenster in jedem Büro ermöglichen inKippstellung bereits bei einer Temperaturdifferenz von 1 K einen Volumenstrom von40 m³/h. Durch eine geeignete Steuerung werden die Fenster geschlossen, wenn dieRaumtemperatur nachts zu weit absinkt oder zu hohe Luftwechsel (über 200 m³/hpro Büro) entstehen.Die Simulationsrechnungen setzen voraus, dass die thermisch aktivenBauteiloberflächen im Wesentlichen vom Raum her zugänglich sind. GravierendeAbtrennungen der Micronal-haltigen Schichten, etwa durch großflächigeSchrankwände, sind nicht berücksichtigt.- 21 -- 22 -

Wärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataWärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen Klimata5.3 SimutionsergebnisseLondonNachfolgend sind die wichtigsten Kennwerte, die sich aus den Simulationen ergeben,grafisch dargestellt.Energie [kWh/(m²a)], CO 2 [kg/(m²a)]1009080706050403020Warschauohne PCMmit PCMEnergie [kWh/(m²a)], CO 2 [kg/(m²a)]1009080706050403020100ohne PCMmit PCMHeizwärme Nutzkälte Primärenergie CO2Energie [kWh/(m²a)], CO 2 [kg/(m²a)]1001009080706050403020Heizwärme Nutzkälte Primärenergie CO2Frankfurt/M.ohne PCMmit PCMEnergie [kWh/(m²a)], CO 2 [kg/(m²a)]1009080706050403020100Parisohne PCMmit PCMHeizwärme Nutzkälte Primärenergie CO2100Heizwärme Nutzkälte Primärenergie CO2- 23 -- 24 -

Wärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataWärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataEnergie [kWh/(m²a)], CO 2 [kg/(m²a)]Energie [kWh/(m²a)], CO 2 [kg/(m²a)]1009080706050403020100100908070605040302010Romohne PCMmit PCMHeizwärme Nutzkälte Primärenergie CO2Sevillaohne PCMmit PCMDie Verwendung von Micronal® PCM SmartBoard TM wirkt sich in allen Fällen positivaus, und zwar sowohl auf den Wärme- als auch auf den Kältebedarf der Räume. ImBereich der Kühlung ist der Effekt bedeutender als im Bereich der Heizung, da dieunterstützende Nachtlüftung größere Temperaturdifferenzen zur Folge hat und damitder Schmelzbereich des Micronal® PCM SmartBoard TM häufiger durchfahren wird.5.4 Wirtschaftlichkeit5.4.1 Theoretische GrenzenDer maximale Effekt der Schmelzenthalpie von Micronal® PCM SmartBoard TM aufdie Gebäudeenergiebilanz lässt sich leicht abschätzen. Diese Berechnung wird imFolgenden vorgenommen.Von 1 m² Micronal PCM® SmartBoard TM wird im Temperaturbereich zwischen 21und 25 °C eine Wärmemenge von 357 kJ aufgenommen, 313 kJ mehr als bei derkonventionellen Gipsbauplatte. Der weit überwiegende Teil dieser Differenz ist aufdie Schmelzwärme des Paraffins zurückzuführen, etwa 3% davon auf die gegenübereiner konventionellen Gipsbauplatte ohnehin höhere Wärmekapazität des Micronal®PCM SmartBoard TM .Wenn in einem Gebäude täglich z.B. tagsüber gekühlt und nachts geheizt werdenmuss und der Temperaturbereich von 21 bis 25 °C einmal täglich in beideRichtungen durchschritten wird, kann die oben errechnete Differenz von 313 kJsowohl als Nutzwärme als auch als Nutzkälte eingespart werden. Im Laufe einesJahres werden dann bei optimaler Ausnutzung (365 Tage im Jahr) je 130 MJ oder31,7 kWh Nutzwärme bzw. -kälte pro Quadratmeter Micronal® PCM SmartBoard TMeingespart. Mit den in dieser Studie verwendeten Energiepreisen undSystemnutzungsgraden und mit Kosten von 40 €/m² für das Micronal PCMSmartBoard ergibt sich daraus eine statische Amortisationszeit von 11 Jahren.Es ist zu beachten, dass die tatsächliche Einsparung gewöhnlich erheblich geringerausfällt: In den meisten Gebäuden muss nicht an jedem Tag sowohl geheizt als auchgekühlt werden, und die Temperatur des PCM schwankt nicht täglich über dengesamten genannten Temperaturbereich. Auch dynamische Effekte verringern dieEffektivität des Materials. Die durch Micronal® PCM SmartBoard TM tatsächlicherzielbare Einsparung kann nur durch eine dynamische thermischeGebäudesimulation unter den Randbedingungen des jeweiligen Einzelfalls ermitteltwerden.0Heizwärme Nutzkälte Primärenergie CO25.4.2 SimulationsergebnisseAus den in Abschnitt 5.3 dokumentierten Simulationsrechnungen lassen sich dieBetriebskosteneinsparungen, die sich unter den angenommenen Randbedingungenerzielen lassen, berechnen. Bezogen auf den eingesetzten Quadratmeter Micronal®PCM SmartBoard TM sind sie in der folgenden Tabelle zusammengefasst- 25 -- 26 -

Wärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataWärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataEinsparung [€/(m² PCM a)]Warschau Frankfurt/M. London Paris Rom Sevilla theoretischeGrenze0.38 0.42 0.40 0.42 0.51 0.80 3.625.4.3 Weitere Aspekte zur Ökonomie von Micronal® PCMSmartBoard TMDas Grundprinzip der passiven Kühlung besteht darin, verschiedene Komponentenso aufeinander abzustimmen, dass sich ein funktionierendes Gesamtgebäude ergibt.Gewöhnlich kann die passive Kühlung eines Gebäudes also nicht durch eineeinzelne Maßnahme realisiert werden, sondern es ist stets ein Bündel vonMaßnahmen erforderlich, zu denen neben Micronal® PCM SmartBoard TMbeispielsweise die folgenden gehören können:• energieeffiziente Arbeitshilfen• energieeffiziente Beleuchtung• nächtliche freie Lüftung über die Fenster oder Lüftungsklappen• nächtliche mechanische Lüftung• wirkungsvolle, d.h. außen liegende temporäre Verschattung• feststehende Verschattungselemente• Wärmedämmung der Außenbauteile• Farbgebung der Außenbauteile• hohe thermische Masse• Kälterückgewinnung durch die Lüftungsanlage• Verdunstungskühlung• Luft-Luft- oder Luft-Sole-Erdwärmeübertrager• ErdsondenEin schlüssiges passives Kühlkonzept kann die aktive Klimatisierung überflüssigmachen. Die Investitionskosten einer Vollklimaanlage (Heizung, Kühlung,Befeuchtung, Trocknung) kann man überschlagsmäßig mit 2000 bis 2600 € proArbeitsplatz ansetzen, die Lebensdauer beträgt nur 15 Jahre [Recknagel 2003].Hinzu kommen die nicht unerheblichen Kosten für Wartung und Reparatur mit 3,5%der Investitionskosten pro Jahr, die bei vielen passiven Komponenten geringer sind;bei Micronal® PCM SmartBoard TM entfallen sie beispielsweise vollständig. Wenn esdurch ein passives Kühlkonzept, zu dem auch Micronal® PCM SmartBoard TMgehören kann, gelingt, eine solche Vollklimaanlage in einem Gebäude überflüssig zumachen, ist vielfach auch die Wirtschaftlichkeit des Konzepts gegeben.6 ZusammenfassungMit der Methode der dynamischen thermischen Gebäudesimulation wurde in dervorliegenden Studie der Einfluss verschiedener BASF-Produkte auf denEnergiehaushalt von Gebäuden untersucht. Die Studie gliedert sich in zwei Teile: Dererste Teil befasst sich mit den Auswirkungen von Wärmedämmung mit denMaterialien Neopor ® , Styrodur ® C und Elastopor ® H in einem Reihenendhaus mitWohnnutzung, der zweite Teil mit dem Effekt von Micronal ® bei Anwendung in einemZellenbüro mit hoher Belegungsdichte. Die Berechnungen wurden jeweils für diesechs Klimata von Warschau, Frankfurt/M., Paris, London, Rom und Sevilladurchgeführt.In den Untersuchungen zur Wärmedämmung wurden 4 verschiedeneDämmstandards (dies bezieht sich nicht nur auf die Dämmung von Dach, Wändenund Bodenplatte, sondern auch auf die Fensterqualität und die Lüftung) verglichen.Es zeigte sich, dass besserer Wärmeschutz in allen untersuchten Klimata zahlreicheVorteile besitzt:• Der Heizwärmebedarf wird reduziert.• Dadurch sinkt auch der dem Gebäude zuzuführende Energiebedarf für dieRaumheizung.• Die in den wärmeren Klimata durch die Klimaanlage abzuführende Wärmemengeverringert sich, der Strombedarf für die Raumkühlung wird entsprechend geringer.• Folglich verringern sich auch der Primärenergiebedarf und die CO 2 -Emissionen.• Die Wirksamkeit einer verstärkten Nachtlüftung zur Raumkühlung ohneKlimaanlage wird verbessert: Die Zahl der Stunden über 25 °C und dieSpitzentemperaturen sinken.Eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung kam zu dem Ergebnis, dass durch verbessertenWärmeschutz auch ökonomische Vorteile erzielt werden können. Werden Dach,Wände und Boden eines Gebäudes auf den Standard “gut” (je nach Bauteil 8 bis15 cm Dämmung nördlich, 4 bis 10 cm südlich der Alpen) anstatt auf den Standard“minimal” (entsprechend einem Mindestwärmeschutz zur Vermeidung vonOberflächentauwasser) gedämmt, ergeben sich für die entstehenden zusätzlichenInvestitionskosten je nach Klima Amortisationszeiten von 4 bis 8 Jahren. Bereits beiZugrundelegung heutiger Energiepreise entstehen so aufgrund der langenLebensdauer der Dämmung erhebliche wirtschaftliche Vorteile.Die Vorteile des Phasenwechselmaterials (PCM) Micronal werden vor allem imZusammenhang mit intensiven Nutzungen in leichten Gebäuden und entsprechendenTemperaturschwankungen deutlich. Durch Verwendung von Micronal PCMSmartBoard anstelle einer konventionellen Gipsbauplatte entsteht eineausgleichende Wirkung auf das Raumklima. Im untersuchten Bürogebäude mit durchNachtlüftung unterstützter Kühlung wurde in allen Klimata sowohl der Heizwärme- alsauch der Kühlbedarf verringert; der Primärenergiebedarf sinkt je nach Klima um 15bis 32 Prozent. Die Auswirkungen auf den Kühlbedarf sind dabei deutlichausgeprägter als diejenigen auf den Heizwärmebedarf.- 27 -- 28 -

Wärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataWärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataAls Teil eines passiven Kühlkonzepts, das eine konventionelle Klimaanlageüberflüssig macht, kann der Einsatz von Micronal auch wirtschaftlich interessantwerden. Positiv wirken sich dabei insbesondere die lange Lebensdauer und derWegfall von Wartungskosten aus.7 Literatur[Feist 1999][IWEC 2001] American Society of Heating, Refrigerating and Air-ConditioningEngineers (ASHRAE): International Weather for Energy Calculations(IWEC Weather Files), Atlanta 2001.[DWD 2004] Christoffer, Jürgen, Thomas Deutschländer, Monika Webs:Testreferenzjahre von Deutschland für mittlere und extreme Witterungsverhältnisse.Selbstverlag des Deutschen Wetterdienstes, Offenbach2004Feist, Wolfgang: Das Passivhaus-Konzept für den Sommerfall. In:Feist, Wolfgang (Hrsg.): Arbeitskreis kostengünstige Passivhäuser,Protokollband Nr. 15: Passivhaus-Sommerfall. Passivhaus Institut,Darmstadt 1999[PHPP 2004] Feist, Wolfgang (Hrsg.): Passivhaus Projektierungs Paket 2004,Anforderungen an qualitätsgeprüfte Passivhäuser, Darmstadt, PassivhausInstitut, April 2004[Kah 2005]Kah, Oliver, Wolfgang Feist: Wirtschaftlichkeit von Wärmedämm-Maßnahmen im Gebäudebestand 2005. Studie im Auftrag des Gesamtverbandsder Dämmstoffindustrie GDI, Frankfurt. PassivhausInstitut, Darmstadt 2005[Rabenstein 2006] Rabenstein, Dietrich: Die Klimaabhängigkeit optimalerWärmedämmung. Bauphysik 28(2006), Heft 1, S. 13-26[Recknagel 2003] Schramek, Ernst-Rudolf: Recknagel Sprenger Schramek,Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik, Oldenbourg, München,2003[Schmidt 2006] Schmidt, Marco: Persönliche Mitteilung vom 3.1.2006[Schossig 2005] Schossig, Peter: Persönliche Mitteilungen vom 2.12.2005 und3.1.2006- 29 -- 30 -

Wärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataWärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataAnhangA Dokumentation des Beispielgebäudes für dieUntersuchungen zur WärmedämmungA.1 AllgemeinesFür die Simulationsrechnungen wurde das Modell eines zweigeschossigen,unterkellerten Reihenendhauses verwendet. Die Abbildungen in den folgendenAbschnitten zeigen Pläne und die Zoneneinteilung, wie sie für die Simulation erfolgte.Im Erdgeschoss befinden sich ein offener Wohn-/Ess-/Kochbereich und ein WC. ImOG gibt es ein etwas größeres Bad, nach Süden hin sind zwei Wohnräumevorhanden, nach Norden ein etwas größerer Raum. Das Untergeschoss gliedert sichin einen nördlichen und einen südlichen Kellerraum sowie einen Heizungskeller.Auf der Westseite befindet sich die Giebelwand der Reihenhauszeile, auf derOstseite grenzt das Nachbarhaus an.A.2 Ansichten von Süden (links) und Norden (rechts)A.3 GrundrisseRaum 1SchlafzimmerWindfangAbstellraumEsszimmerFlurAbstellraumKüche Flur WCFlurBadKinderzimmer Kinderzimmer1.OG EG KGRaum 2WohnzimmerHeizungA.4 Schnitt von Osten5,4052,85-0,2250,00-0,525-2,85- 31 -- 32 -

Wärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataWärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataA.5 ZoneneinteilungA.6 BauteileZone 4Zone 1Zone 6 Zone 3Zone 3Zone 7Zone 2Zone 5OG EG UGDas Gebäude ist in Massivbauweise errichtet. Das Dach ist nördlich der Alpen alskonventionelle Leichtbaukonstruktion mit Sparren ausgeführt. Für die StandorteSevilla und Rom wurde aufgrund des dort üblichen Baustandards eine massiveDachkonstruktion verwendet. Die Aufbauten der opaken Bauteile sind nachfolgendzusammengefasst.Kellerwand gegen ErdreichU-Wert des ungedämmten Bauteils [W/(m²K)] 4MaterialDicked[cm]Dichteρ[kg/m³]WärmekapazitätC[kJ/(kgK)]Wärmeleitfähigkeitλ[W/(mK)]BASF Styrodur 3035 CS 0-30 33 1.5 0.032-0.04Normalbeton 17.5 2400 1.08 2.1AußenwandU-Wert des minimal gedämmten Bauteils [W/(m²K)] 1.16MaterialDicked[cm]Dichteρ[kg/m³]WärmekapazitätC[kJ/(kgK)]Wärmeleitfähigkeitλ[W/(mK)]Außenputz 1.5 1800 1.08 0.8EPS-WDVS Neopor 0-30 18 1.21 0.032Ziegelmauerwerk 36.5 1400 0.836 0.58Gipsputz EN 12524 1.5 1000 1 0.35InnenwandU-Wert des Bauteils [W/(m²K)] 1.6MaterialDicked[cm]Dichteρ[kg/m³]WärmekapazitätC[kJ/(kgK)]Wärmeleitfähigkeitλ[W/(mK)]Gipsputz EN 12524 1.5 1000 1 0.4Ziegelmauerwerk 17.5 1400 0.836 0.58Gipsputz EN 12524 1.5 1000 1 0.4ZwischendeckeU-Wert des Bauteils [W/(m²K)] 0.89MaterialDicked[cm]Dichteρ[kg/m³]WärmekapazitätC[kJ/(kgK)]Wärmeleitfähigkeitλ[W/(mK)]Gipsputz EN 12524 1.5 1000 1 0.4Normalbeton 25 2400 1.08 2.1Trittschalldämmung* 2.5 45 0.504 0.045Nadelholz 2 415 2.72 0.13* Im minimal gedämmten Gebäude ist keine Trittschalldämmung vorhanden.- 33 -- 34 -

Wärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataWärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataDach massivU-Wert des minimal gedämmten Bauteils [W/(m²K)] 1.0MaterialDicked[cm]Dichteρ[kg/m³]WärmekapazitätC[kJ/(kgK)]Wärmeleitfähigkeitλ[W/(mK)]Betondachsteine 4 2100 1 1.5Luftschicht horizontal 2 42 0.272 0.12Elastopor H 0-30 30 1.5 0.023Styropor 2 15 1.21 0.038Normalbeton 14 2400 1.08 2.1Gipsputz EN 12524 1.5 1000 1 0.4Dach leichtU-Wert des minimal gedämmten Bauteils [W/(m²K)] 0.84MaterialDicked[cm]Dichteρ[kg/m³]WärmekapazitätC[kJ/(kgK)]Wärmeleitfähigkeitλ[W/(mK)]Betondachsteine 4 2100 1 1.5Luftschicht horizontal 2 42 0.272 0.12Elastopor H 0-30 30 1.5 0.023Spanplatte 1.3 600 1.98 0.13Luftschicht (10% Sparren) 9 42 0.272 0.452Sparren mit Dämmung 2.5 82 0.415 0.05Gipsbauplatte 750 1.5 750 1 0.35WohnungstrennwandU-Wert des Bauteils [W/(m²K)] 0.53MaterialDicked[cm]Dichteρ[kg/m³]WärmekapazitätC[kJ/(kgK)]Wärmeleitfähigkeitλ[W/(mK)]Normalbeton 12 2400 1.08 2.1Schalldämmung 6 45 0.504 0.04Normalbeton 12 2400 1.08 2.1Je nach Dämmstandard und Klimazone kommen verschiedene Fenster zum Einsatz.Details sind in den Ergebnisübersichten angegeben. Das Fenster wird in derDämmebene eingebaut, sofern deren Dicke das zulässt, Ψ Einbau bewegt sichdementsprechend zwischen 0.1 W/(mK) für ungedämmte Wände und 0.01 W/(mK)ab einer Dämmstoffstärke von 10 cm.Die Außenoberflächen der Wände sind verputzt, der Absorptionsgrad fürSolarstrahlung beträgt α = 0,6. Das Dach ist mit dunklen Tonziegeln gedeckt, hier istα = 0,72.A.7 LüftungDie Art der Belüftung richtet sich nach dem Baustandard. Im ungedämmten Haus istkeine Lüftungsanlage vorhanden, es wird nur über die Fenster gelüftet. Die bessergedämmten Objekte besitzen Lüftungsanlagen. Diese gewährleisten, bezogen aufdas Volumen der Wohnräume (Zone 1-6), einen 0,25-fachen Luftwechsel. Der besteDämmstandard verfügt zusätzlich über eine hocheffiziente Wärmerückgewinnungaus der Abluft (südlich der Alpen nur in Verbindung mit Klimaanlage).Zum mechanischen Luftwechsel kommt die Infiltration, wobei die Gebäudeluftdichtheitvom Baustandard abhängt.Die Innentüren vom Treppenhaus zu den angrenzenden Räumen (Zone 1, 4, 5, 6)werden nur gelegentlich geöffnet. Im Mittel findet durch diese Türen einLuftaustausch von 50 m³/h statt.Für den Sommer wird angenommen, dass eine zusätzliche Wärmeabfuhr durchFensteröffnung stattfindet. Der Luftaustausch hängt dabei von der Temperaturdifferenzzwischen innen und außen ab, Querlüftung und Windeinfluss werden nichtberücksichtigt. In den Zonen 1, 4 und 5 werden bei operativen Temperaturen über22 °C die Fenster gekippt, falls die Außenlufttemperatur unter der Raumlufttemperaturliegt. Südlich der Alpen kann in den Fällen, in denen keine aktive Klimatisierungvorhanden ist, auch über weit geöffnete Fenster gelüftet werden. Der erreichbareLuftwechsel wird dadurch etwa 10-mal so groß. Im letzteren Fall ist der Luftwechselauf einen Höchstwert von 8 h -1 beschränkt.A.8 Heizung und KühlungJeder Raum kann individuell beheizt werden. Die Wärmeabgabe erfolgt dabeivollständig konvektiv und wird so geregelt, dass die operative Temperatur (derMittelwert aus Luft- und Strahlungstemperatur im Raum) gerade dem Sollwert (hier:20 °C) entspricht.Für den sommerlichen Komfort wurden jeweils zwei Fälle untersucht: Im ersten Fallist keine aktive Kühlung vorhanden, das Gebäude wird nur durch geeignetes Öffnender Fenster kühl gehalten (s.o.).Im zweiten Fall kann in den größeren Wohnräumen, d.h. den Zonen 1, 4, 5 und 6,aktiv gekühlt werden. Hierbei wird eine ideale Kühlung angenommen, die dieLufttemperatur auf einem Sollwert von 25 °C hält.A.9 Interne WärmegewinneEs wird angenommen, dass keinerlei Anstrengungen zur Verbesserung derEnergieeffizienz von Haushaltsgeräten, Beleuchtung etc. unternommen wurden. Inden Simulationsrechnungen betragen die internen Wärmegewinne daher im Mittel3,0 W/m². Relevante Wärmegewinne treten in Zone 1 (Wohnen) von 7 bis 22 Uhr, inZone 4 (Kinder) sowohl tagsüber als auch nachts, und in Zone 5 (Schlafen) zwischen22 und 7 Uhr auf.Hinzu kommt die Wärmeabgabe von Heizkessel, Warmwasserspeicher undLeitungen im Heizungskeller. Diese hängen von der Größe des notwendigenWärmeversorgungssystems ab, sie bewegen sich zwischen 60 und 120 W.A.10 VerschattungDas Beispielgebäude ist genau in Nord-Süd-Richtung orientiert. Im EG ist auf dernach Süden zeigenden Terrasse ein 2 m breiter seitlicher Sichtschutz zum Nachbarn- 35 -- 36 -

Wärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen KlimataWärmedämmung und Phasenwechselmaterial in europäischen Klimataangeordnet. Die nächste Hauszeile in südlicher Richtung befindet sich in 23 mEntfernung.Wo dies mit dem sommerlichen Komfort noch vereinbar ist, wird man ausKostengründen häufig auf einen außenliegenden Sonnenschutz verzichten. Für die 4nördlichen Klimata wurde der außenliegende Sonnenschutz daher weggelassen. Inden beiden südlichen Klimata sind dagegen traditionelle Fensterläden vorhanden, diebei Raumtemperaturen oberhalb von 23 bis 25 °C geschlossen werden.B KlimaFür Deutschland lagen die 2004 veröffentlichten Testreferenzjahre des deutschenWetterdienstes [DWD 2004] vor. Verwendet wurde das dem Standort Frankfurt/M.zugeordnete Testreferenzjahr 12.Für die übrigen Standorte konnte auf das von ASHRAE veröffentlichte InternationalWeather for Energy Calculations [IWEC 2001] zurückgegriffen werden. DieASHRAE-CD enthielt für alle 5 untersuchten Standorte entsprechende Datensätze.C Energiebedarf und EmissionenDie Aufwandszahl des Heizsystems beträgt 1,1, die des Kühlsystems 0,31. FürHilfsstrom wurde entsprechend DIN 4701-10 ein von der Heizlast und der Dauer derHeizperiode abhängiger Anteil angerechnet, der typischerweise einige Prozent desHeizwärmebedarfs beträgt.Für die haustechnischen Systeme wurde mit pauschalen Aufwandszahlen (dasVerhältnis zwischen Heizenergie- und Heizwärmebedarf, vgl. Abschnitt 3.1,entsprechend für die Kühlung) gerechnet. Die Beheizung der untersuchtenBeispielgebäude erfolgt mit einem Niedertemperatur-Gaskessel mit einerAufwandszahl von 1,1. Hinzu kommt der Hilfsstrombedarf, der sich aus demStromverbrauch der Heizungs-Umwälzpumpe (hier: konstant 35 W) und demHilfsstromverbrauch des Kessels ermitteln lässt. Letzterer wurde entsprechend[PHPP 2004] berechnet zu15 ⎛ P1⎟ ⎞KesselPHilf = W ⋅⎜ .⎝ kW ⎠Dabei wurde angenommen, dass die Kessel-Nennleistung P Kessel um 30% über dererforderlichen Gebäudeheizleistung liegt.Die Aufwandszahl für die Raumkühlung beträgt 0,31.Die folgenden Primärenergie- und CO 2 -Faktoren wurden verwendet:Primärenergiefaktor[kWh Primär /kWh End ]CO 2 -Faktor[kg/kWh End ]Heizung (Gas) 1.1 0.25Strom 2.7 0.680,48D Eigenschaften von Micronal PCMDie Basis für die Modellierung der PCM-haltigen Materialien bildeten Messungen aneinem Latentwärmespeicherputz, die das Fraunhofer-Institut für SolareEnergiesysteme ISE in Freiburg durchgeführt hat [Schossig 2005]. Abbildung 4 zeigtden Verlauf der Wärmekapazität über der Temperatur.Wärmekapazität [kJ/kgK]14121086420Messwert cpBasislinie10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30Temperatur [°C]Abbildung 4: Wärmekapazität als Funktion der Temperatur für den Latentwärmespeicherputzmaxit clima 24. Messwerte des ISE.Die abgebildete Schmelzkurve bezieht sich auf das Produkt maxit clima 24. In derAbbildung ist zu erkennen, dass das Material einen relativ breiten Schmelzbereichbesitzt. Die Schmelzenthalpie wird daher wie folgt definiert: Man legt Beginn undEnde des Schmelzbereichs fest und zieht, wie im Diagramm dargestellt, eine Liniezwischen diesen beiden Punkten. Die von dieser Linie und dem Graphen dergemessenen Wärmekapazität eingeschlossene Fläche stellt die Schmelzenthalpiedar.Für die vorliegenden Messdaten ergibt sich im Temperaturbereich zwischen 10,85 °Cund 24,85 °C eine Schmelzenthalpie des Putzes von 18 kJ/kg. Zu über 90% wird dieSchmelzenthalpie dabei in einem Temperaturband von 4 K Breite, etwa zwischen 20und 24 °C, umgesetzt.Aus den Eigenschaften des abgebundenen Putzes konnte mit diesen Daten auf eineSchmelzenthalpie des reinen PCM-Materials in dieser speziellen Probe von100 kJ/kg zurückgerechnet werden. Nach Angaben der BASF [Schmidt 2006] beträgtder am häufigsten gemessene Wert 110 kJ/kg. Die vorliegenden Messwerte für dasPCM-Material wurden dementsprechend korrigiert und auf die Eigenschaften derGipsbauplatte Micronal PCM SmartBoard umgerechnet.Nach Angaben des ISE liegt die abgebildete Kurve für das Produkt maxit clima 26um ca. 1.5 K höher. Diese verschobene Kurve wurde in der vorliegenden Studieverwendet, da der Schmelzpunkt mit ca. 24 °C für den sommerlichen Wärmeschutzgünstiger liegt. Für die Simulationsrechnungen wurde die Kurve in fünf Bereicheaufgeteilt, in denen die Wärmekapazität jeweils als konstant angenommen wird.- 37 -- 38 -

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Technische InformationMicronal ® DS 5007 XPolymer Dispersions for ConstructionCharakteristik/ChemieEinsatzgebieteWässrige Dispersion eines mit hochvernetztemPolymethylmethacrylatmikroverkapselten Paraffingemischs,Formaldehyd frei.Technische DatenFeststoffgehalt ca. 42 % in WasserpH-Wert ca. 7,5 – 8,5Viskosität ca. 200–600 mPasDichte ca. 0,98Schmelztemperaturca. 23°CSchmelzenthalpieca. 41 kJ/kg(Emulsion, flüssig)Gesamtkapazität(Integr. 10-30°C)ca. 55 kJ/kgSchmelzenthalpie(Wirkstoffanteil)ca. 100 kJ/kgGesamtkapazität(Integr. 10-30°C)ca. 135 kJ/kgElektronenmikroskopische Aufnahme:Mikrokapseln in einer zementären Matrix.Micronal DS 5007 X (wässrige Dispersioneines mikroverkapselten Latentwärmespeichers)verdankt seineausgezeichnete Wärmekapazität demphysikalischen Vorgang des Schmelzensund Erstarrens. Das Produktbesteht aus mikroskopisch kleinenPolymerkügelchen, die einen Kern aushochreinen Paraffin-Wachsen enthalten.Micronal DS 5007 X kann in gängige,dickschichtige hydraulisch und nichthydraulisch abbindende Baustoffe (wiez. B. Putze, Gipsbauplatten, Spachtelmassen,Estriche, Beton oder auchHolzwerkstoffe) integriert werden undauf diese Weise deren thermischeMasse deutlich erhöhen. Beim Schmelzendes Wachses in den Mikrokapselnwird eine erhebliche Energiemengegespeichert, die umgekehrt beimErstarren des Wachses wieder freigesetztwird. Die in dieser Phasenumwandlung„versteckt“ gespeicherteWärme wird als latente Wärme bezeichnet.Micronal DS 5007 X zeichnet sich aufGrund des besonderen Mikroverkapselungsverfahrensdurch seine Formaldehyd-Freiheit aus.Ein mit Micronal DS 5007 X modifizierterBaustoff ist für den Einsatz in Innenräumenkonzipiert, um dort dieTemperatur für einen von der Aufwandmengeabhängigen Zeitraum aufetwa 23°C nahezu konstant zu halten.Dies führt zu einem deutlichen Komfortgewinnfür den Nutzer und ggf. auch zurVerringerung von Heiz- und Kühllasten.Der Einsatz von Micronal DS 5007 Xkann in „passiver“ Anwendung oder inKombination mit aktiven Kühlsystemenerfolgen. Dabei ist das PCM als Elementim Klimakonzept zu betrachten.Es entkoppelt den Wärmeanfall von derWärmebehandlung. Umweltenergie(z.B. Erdkälte aus Sondenbohrungen)lässt sich zeitversetzt besser nutzen.Die nächtliche Reaktivierung kanndurch Wasser oder Luft als Energieträgermediumerfolgen. Die maximalbenötigte Kühlleistung lässt sich reduzieren,was zu energieeffizienterenTGA- Lösungen führt. In günstigenFällen bis hin zur völligen Eliminierungvon aktiver Klimatisierung.Anwendungshinweise IBeim Herstellen und Verarbeiten vonProdukten auf Basis von Micronal DS5007 X sind die Verträglichkeit derRezeptbestandteile untereinander, dasAbbindeverhalten der hydraulischenBindemittel, die Benetzung und Haftungauf verschiedenen Untergründen usw.von vielen Gegebenheiten abhängig,die wir in unseren Versuchen nicht alleerfassen können. Deshalb sind sorgfältigeeigene Versuche erforderlich.Mitunter kann es notwendig sein,Micronal DS 5007 X vor der Verarbeitungnoch einmal aufzurühren. Dies hatkeinen Einfluss auf die Eigenschaftendes Produkts in der Anwendung.Micronal DS 5007 X ist verpackt inFässern oder IBC-Containern und loseim Tankzug erhältlich.Seite 1 von 2

Technische InformationMicronal ® DS 5007 XPolymer Dispersions for ConstructionAnwendungshinweise IIGrundsätzliche Hinweise bei zementärenund gipsbasierten Formulierungen:• Micronal PCM erhöht den Wasseranspruch.• Fließmittel können der auftretendenVerdickung entgegenwirken.• Micronal PCM verzögert. Eventuellmit Beschleuniger gegenhalten.• Micronal PCM führt zu mehr Luftporen.Entschäumer einsetzen.• Micronal PCM kann wie ein Füllstoffmit 2-20µm Durchmesser betrachtetwerden. Feinanteil in der Sieblinie zureduzieren kann helfen.Als Modifizierungsraten in zementärenSystemen können bis ca. 15% Vol. undin Gips-Systemen bis ca. 25% Vol.erreicht werden. Höhere Modifizierungsgradeführen meist zu Rheologieproblemenund Festigkeitsabfall.Die erhaltene Gesamtwärmespeicherfähigkeitlässt sich unabhängig von derTrägermatrix mit folgender Formelbestimmen:Q PCM = m PCM x ΔHQ Matrix = m Matrix x c p x ΔTQ ges = Q PCM + Q MatrixΔH = 100kJ/kg = 28Wh/kgc p = spez. Wärmekapazität der Matrixm = Masseanteile von PCM oder MatrixΔT = TemperaturintervallEin großer Vorteil der Mikroverkapselungist, dass das Paraffinwachs einedichte und dauerhafte Verpackungerhält. Damit handelt es sich um eingeschlossenes System, welches z.B.Emissionen und Leckage im Bereichder Nutztemperatur effektiv vermeidet.Je nach thermischer Belastung bei derVerarbeitung, wird mehr oder wenigerStress auf die Kapseln ausgeübt. Dieserkann von teilweisem Volumenverlustder Paraffinfüllung bis hin zur komplettenZerstörung der Kapseln führen.Genaue Angabe von Temperaturobergrenzenist nicht möglich. Diese hängenvom Herstellprozess, den Behandlungszeitenoder den herrschendenDrücken usw. ab. Die Tauglichkeit kanndarum nur in praktischen Versuchenfestgestellt werden. In der Regel sindTemperaturen >140°C nicht anwendbar.Micronal DS 5007 X ist für die Anwendungals dezentraler Wärmespeicher inBauprodukten mit Arbeitstemperaturenim Bereich der Raumtemperatur gedacht.Die Anwendung als gepumptesWärmeträgerfluid oder als konzentrierteWärmespeicherflüssigkeit in größerenBehältern wird nicht empfohlen.Der erreichbare Effekt in Innenräumenbezüglich Komfortverbesserung (Zeitenim Komfortbereich von 20-23°C) undEnergieeinsparung (Reduktion vonHeiz- und Kühllasten) lässt sich nichtmit Überschlagsrechnungen ermitteln.Er muss für jedes Gebäude individuellbestimmt werden. Es wird dynamischeGebäudesimulation benötigt, um dasreale Verhalten im Voraus zu bestimmen.Hierfür steht das Simulationsprogramm„PCMexpress“ kostenfrei unterwww.micronal.de zur Verfügung.Für eigene Berechnungen mit marktüblichenSimulationsprogrammen mussdas instationäre Verhalten von PCMhaltigenBaustoffen besonders berücksichtigtwerden. Ist kein spezielles PCMModul in der Software vorhanden, mussdie spez. Wärmekapazität (c p ) variabelüber die Temperatur angepasst werden.Beispiel der Schmelzenthalpie eines nach RALGütezeichen PCM gemessenen Baustoffs.BASF SERegional Business Unit Adhesiveand Construction Polymers Europe67056 Ludwigshafen, GermanyDie Angaben in dieser Druckschrift basieren auf unseren derzeitigen Kenntnissen und Erfahrungen. Siestellen nicht die vertraglich vereinbarte Beschaffenheit des Produktes dar und befreien den Verarbeiterwegen der Fülle möglicher Einflüsse bei Verarbeitung und Anwendung unseres Produktes nicht voneigenen Prüfungen und Versuchen. Die mit uns vereinbarte vertragliche Beschaffenheit des Produktes beiGefahrübergang ergibt sich ausschließlich aus den Angaben des Spezifikationsdatenblatts. Alle in dieserDruckschrift enthaltenen Beschreibungen, Zeichnungen, Fotografien, Daten, Verhältnisse, Gewichte u.ä.können sich ohne Vorankündigung ändern. Etwaige Schutzrechte sowie bestehende Gesetze undBestimmungen sind vom Empfänger unseres Produktes in eigener Verantwortung zu beachten.Ausgabe: Dezember 2008TI/ED 252 dBei Erscheinen einer Neuauflage verliert dieses Datenblatt seine Gültigkeit.www.basf.de/dispersionen® = registrierte Marke der BASF SE

Technische InformationMicronal ® DS 5008 XPolymer Dispersions for ConstructionCharakteristik/ChemieEinsatzgebieteTrockene Pulvervariante eines mithochvernetztem Polymethylmethacrylatmikroverkapselten Paraffingemischs,Formaldehyd frei.Technische DatenFeststoffgehalt pulverförmigPartikelgröße ca. 0,1–0,3 mmSchüttdichte ca. 250-350kg/m³Schmelztemperaturca. 23°CSchmelzenthalpie ca. 100 kJ/kgGesamtkapazität(Integr. 10-30°C)ca. 135 kJ/kgSonstiges staubarmElektronenmikroskopische Aufnahme:Micronal DS 5008 X – Pulverpartikel sindAgglomerate der einzelnen Mikrokapseln.Beispiel der Schmelzenthalpie nach RAL GütezeichenPCM gemessen: (Grafik setzen auf Seite2)Micronal DS 5008 X (sprühgetrocknetePulvervariante des wässrigen, mikroverkapseltenLatentwärmespeichersMicronal DS 5007 X) verdankt seineausgezeichnete Wärmespeicherfähigkeitdem physikalischen Vorgang desSchmelzens und Erstarrens. DasProdukt besteht aus mikroskopischkleinen Polymerkügelchen, die einenKern aus hochreinen Paraffin-Wachsenenthalten.Micronal DS 5008 X kann in gängige,dickschichtige hydraulisch und nichthydraulisch abbindende Baustoffe (wiez. B. Putze, Gipsbauplatten, Spachtelmassen,Estriche, Beton oder auchHolzwerkstoffe) integriert werden undauf diese Weise deren thermischeMasse deutlich erhöhen. Beim Schmelzendes Wachses in den Mikrokapselnwird eine erhebliche Energiemengegespeichert, die umgekehrt beimErstarren des Wachses wieder freigesetztwird. Die in dieser Phasenumwandlung„versteckt“ gespeicherteWärme wird als latente Wärme bezeichnet.Micronal DS 5008 X zeichnet sich aufGrund des besonderen Mikroverkapselungsverfahrensdurch seine Formaldehydfreiheitaus.Ein mit Micronal DS 5008 X modifizierterBaustoff ist für den Einsatz in Innenräumenkonzipiert, um dort dieTemperatur für einen von der Aufwandmengeabhängigen Zeitraum aufetwa 23°C nahezu konstant zu halten.Dies führt zu einem deutlichen Komfortgewinnfür den Nutzer und ggf.auch zur Verringerung von Heiz- undKühllasten.Der Einsatz von Micronal DS 5008 Xkann in „passiver“ Anwendung oder inKombination mit aktiven Kühlsystemenerfolgen. Dabei ist das PCM als Elementim Klimakonzept zu betrachten.Es entkoppelt den Wärmeanfall von derWärmebehandlung. Umweltenergie(z.B. Erdkälte aus Sondenbohrungen)lässt sich zeitversetzt besser nutzen.Die nächtliche Reaktivierung kanndurch Wasser oder Luft als Energieträgermediumerfolgen. Die maximalbenötigte Kühlleistung lässt sich reduzieren,was zu energieeffizienterenTGA- Lösungen führt. In günstigenFällen bis hin zur völligen Eliminierungvon aktiver Klimatisierung.Anwendungshinweise IBeim Herstellen und Verarbeiten vonProdukten auf Basis von Micronal DS5008 X sind die Verträglichkeit derRezeptbestandteile untereinander, dasAbbindeverhalten der hydraulischenBindemittel, der Einfluss auf das Brandverhalten,der Festigkeitseinfluss usw.von vielen Gegebenheiten abhängig,die wir in unseren Versuchen nicht alleerfassen können. Deshalb sind sorgfältigeeigene Versuche erforderlich.Micronal DS 5008 X ist in Säcken zu15kg erhältlich. Es ist im Sinne desvorbeugenden Arbeitsschutzes weitestgehendstaubfrei eingestellt. Die üblichenVorkehrungen beim Umgang mitpulverförmigen Produkten sind anzuwenden.Seite 1 von 2

Technische InformationMicronal ® DS 5008 XPolymer Dispersions for ConstructionAnwendungshinweise IIGrundsätzliche Hinweise bei zementärenund gipsbasierten Formulierungen:• Micronal PCM erhöht den Wasseranspruch.• Fließmittel können der auftretendenVerdickung entgegenwirken.• Micronal PCM verzögert. Eventuellmit Beschleuniger gegenhalten.• Micronal PCM führt zu mehr Luftporen.Entschäumer einsetzen.• Micronal PCM kann wie ein Füllstoffmit 2-20µm Durchmesser behandeltwerden. Feinanteil in der Siebliniereduzieren kann helfen.• Die agglomerierten Sekundärpartikeldes Pulvers können unter Scherungund Wassereinfluss wieder zerfallen.Die ansteigende innere Oberflächekann zu ansteigendem Wasseranspruchbeim Mischen führen.Die erhaltene Gesamtwärmespeicherfähigkeitlässt sich unabhängig von derTrägermatrix mit folgender Formelbestimmen:Q PCM = m PCM x ΔHQ Matrix = m Matrix x c p x ΔTQ ges = Q PCM + Q MatrixΔH = 100kJ/kg = 28Wh/kgc p = spez. Wärmekapazität der Matrixm = Masseanteile von PCM oder MatrixΔT = TemperaturintervallIn zementären Systemen werden i.d.R.bis ca. 15% Vol. und in Gips-Systemenbis ca. 25% Vol. Modifizierung erreicht.Höhere Modifizierungsgrade führenmeist zu Rheologieproblemen und/oderFestigkeitsabfall.Ein großer Vorteil der Mikroverkapselungist, dass das Paraffinwachs einedichte und dauerhafte Verpackungerhält. Damit handelt es sich um eingeschlossenes System, welches z.B.Emissionen und Leckage im Bereichder Nutztemperatur effektiv vermeidet.Je nach thermischer Belastung bei derVerarbeitung, wird mehr oder wenigerStress auf die Kapseln ausgeübt. Dieserkann von teilweisem Volumenverlustder Paraffinfüllung bis hin zur komplettenZerstörung der Kapseln führen.Genaue Angabe von Temperaturobergrenzenist nicht möglich. Diese hängenvom Herstellprozess, den Behandlungszeitenoder den herrschendenDrücken usw. ab. Die Tauglichkeit kanndarum nur in praktischen Versuchenfestgestellt werden. In der Regel sindTemperaturen >140°C nicht anwendbar.Micronal DS 5008 X ist für die Anwendungals dezentraler Wärmespeicher inBauprodukten mit Arbeitstemperaturenim Bereich der Raumtemperatur gedacht.Die Anwendung als konzentrierteWärmespeicherfüllung in größerenBehältern wird nicht empfohlen.Der erreichbare Effekt in Innenräumenbezüglich Komfortverbesserung (Zeitenim Komfortbereich von 20-23°C) undEnergieeinsparung (Reduktion vonHeiz- und Kühllasten) lässt sich nichtmit Überschlagsrechnungen ermitteln.Er muss für jedes Gebäude individuellbestimmt werden. Es wird dynamischeGebäudesimulation benötigt, um dasreale Verhalten im Voraus zu bestimmen.Hierfür steht das Simulationsprogramm„PCMexpress“ kostenfrei unterwww.micronal.de zur Verfügung.Für eigene Berechnungen mit marktüblichenSimulationsprogrammen mussdas instationäre Verhalten von PCMhaltigenBaustoffen besonders berücksichtigtwerden. Ist kein spezielles PCMModul in der Software vorhanden, mussdie spez. Wärmekapazität (c p ) variabelüber die Temperatur angepasst werden.BASF SERegional Business Unit Adhesiveand Construction Polymers Europe67056 Ludwigshafen, GermanyDie Angaben in dieser Druckschrift basieren auf unseren derzeitigen Kenntnissen und Erfahrungen. Siestellen nicht die vertraglich vereinbarte Beschaffenheit des Produktes dar und befreien den Verarbeiterwegen der Fülle möglicher Einflüsse bei Verarbeitung und Anwendung unseres Produktes nicht voneigenen Prüfungen und Versuchen. Die mit uns vereinbarte vertragliche Beschaffenheit des Produktes beiGefahrübergang ergibt sich ausschließlich aus den Angaben des Spezifikationsdatenblatts. Alle in dieserDruckschrift enthaltenen Beschreibungen, Zeichnungen, Fotografien, Daten, Verhältnisse, Gewichte u.ä.können sich ohne Vorankündigung ändern. Etwaige Schutzrechte sowie bestehende Gesetze undBestimmungen sind vom Empfänger unseres Produktes in eigener Verantwortung zu beachten.Ausgabe: Dezember 2008TI/ED 252 dBei Erscheinen einer Neuauflage verliert dieses Datenblatt seine Gültigkeit.www.basf.de/dispersionen® = registrierte Marke der BASF SE

Vorläufiges SpezifikationsdatenblattSeite: 1/2BASF SpezifikationsdatenblattDatum / überarbeitet am: 29.02.2008 Version: 2.0Produkt: Micronal* DS 5007 X(30244261/SPV_GEN_C/DE)Druckdatum 29.02.20081. Stoff/Zubereitungs- und FirmenbezeichnungMicronal* DS 5007 XVeredlungspolymere E-EDK67056 Ludwigshafenwww.basf.de/dispersionenBASF SE2. Chemische CharakterisierungWässrige Dispersion auf Basis: Polymethylmethacrylat, hochvernetzt, Paraffingemisch, mikroverkapselt3. Spezifizierte PrüfungenEigenschaft Prüfmethode (Parameter) WertFeststoffgehalt DIN EN ISO 3251 41 - 43 %pH-Wert DIN ISO 976 (23 °C) 7,5 - 8,5Viskosität, dynamisch DIN EN ISO 3219 (23 °C, 500 1/s) 100 - 300 mPa.sSchmelz - Enthalpie DIN EN ISO 11357-1 >= 45 J/gSchmelztemperatur(bezogen auf Paraffin)DIN EN ISO 11357-1 ca. 23 °C4. Handhabung und Lagerung

Seite: 2/2BASF SpezifikationsdatenblattDatum / überarbeitet am: 29.02.2008 Version: 2.0Produkt: Micronal* DS 5007 X(30244261/SPV_GEN_C/DE)Druckdatum 29.02.2008Lagerstabilität:6 Monate bei 10 - 30 °CWeitere Angaben zu den Lagerbedingungen:Frostgeschützt lagern.Um Probleme bei der Lagerung zu vermeiden (Einwirkung von Mikroorganismen), empfehlen wir dieNachstabilisierung mit Bioziden.Das Produkt darf beim Lagern und Verarbeiten nicht mit ungeschütztem Eisen oder mit Buntmetallen inBerührung kommen.Senkrechte Striche am linken Rand weisen auf Änderungen gegenüber der vorangehenden Version hin.Die vorstehenden Angaben stellen die mit uns vereinbarte vertragliche Beschaffenheit des Produktesbei Gefahrübergang dar. Sie werden von uns im Rahmen unserer Qualitätssicherung regelmäßigüberprüft. Diese Angaben und die Eigenschaften von Produktmustern sind keine Garantie vonEigenschaften und enthalten insbesondere keine Aussagen über die Eignung des Produkts fürbestimmte Einsatzzwecke, so dass daraus keine Schadensersatzansprüche gegen uns hergeleitetwerden können.Die Produktspezifikation wurde maschinell ohne Unterschrift erstellt.

Vorläufiges SpezifikationsdatenblattSeite: 1/2BASF SpezifikationsdatenblattDatum / überarbeitet am: 29.02.2008 Version: 2.0Produkt: Micronal* DS 5008 X(30244268/SPV_GEN_C/DE)Druckdatum 29.02.20081. Stoff/Zubereitungs- und FirmenbezeichnungMicronal* DS 5008 Xwww.basf.de/dispersionenBASF SEVeredlungspolymere E-EDK67056 Ludwigshafen2. Chemische CharakterisierungPulver auf Basis: Polymethylmethacrylat, hochvernetzt, Paraffingemisch, mikroverkapselt3. Spezifizierte PrüfungenEigenschaft Prüfmethode (Parameter) WertFeststoffgehalt DIN EN ISO 3251 99 - 100 %Schmelz - Enthalpie DIN EN ISO 11357-1 >= 110 J/gSchmelztemperatur(bezogen auf Paraffin)DIN EN ISO 11357-1 ca. 23 °C4. Handhabung und LagerungLagerstabilität:12 MonateHöhere Temperatur und Druckbelastung vermeiden. Hierdurch könnte Zusammenbacken auftreten.

Seite: 2/2BASF SpezifikationsdatenblattDatum / überarbeitet am: 29.02.2008 Version: 2.0Produkt: Micronal* DS 5008 X(30244268/SPV_GEN_C/DE)Druckdatum 29.02.2008Weitere Angaben zu den Lagerbedingungen:Behälter trocken und dicht geschlossen halten.Kühl aufbewahren.Senkrechte Striche am linken Rand weisen auf Änderungen gegenüber der vorangehenden Version hin.Die vorstehenden Angaben stellen die mit uns vereinbarte vertragliche Beschaffenheit des Produktesbei Gefahrübergang dar. Sie werden von uns im Rahmen unserer Qualitätssicherung regelmäßigüberprüft. Diese Angaben und die Eigenschaften von Produktmustern sind keine Garantie vonEigenschaften und enthalten insbesondere keine Aussagen über die Eignung des Produkts fürbestimmte Einsatzzwecke, so dass daraus keine Schadensersatzansprüche gegen uns hergeleitetwerden können.Die Produktspezifikation wurde maschinell ohne Unterschrift erstellt.

Project Reference2Reducing COIn BuildingsEnergy Efficient Training AcademyProject:The Academy, WarwickClient:Jaguar Land RoverScope of Project:4,500m 2 RenovationCarbon Savings:284.9 tonnes of CO 2 per annumYear Completed:2008

Project Description:BASF, the chemical company, provided advice and products to help Jaguar Land Rover create an energy efficient Technical Academy for its dealertechnicians and apprentices.This new training academy was opened in Warwick after an extensive refurbishment program to renovate this old, derelict steel framed warehousefacility. BASF, the leading raw material supplier to the construction industry, assisted Jaguar Land Rover with the renovation of the new Academybuilding by offering advice and solutions for environmental efficiency and to provide alternative sustainable materials for the project.Thermal AssessmentLUWOGE consult, an energy consultancy team from the real estatecompany of BASF, carried out a thermal assessment of the building’sfabric and its heating and power systems. This revealed that withoutimprovement the building would emit 417.9 tonnes of carbon dioxidea year. Using new products and sustainable building solutionssuggested by the BASF consultants, Jaguar Land Rover hope tocut this to 133 tonnes. This provides a staggering saving of284.9 tonnes of CO 2 per annum being lost from the building.Insulation & Air tightnessTo reduce heat loss through the walls and roof, over 4,500 squaremetres of spray foam insulation was applied to the inside of the steelstructure. Elastopor ® H, from BASF subsidiary Elastogran, forms acontinuous, even insulating layer, with no joints, gaps, or thermalbridges. It has a much better thermal conductance than other insulatingmaterials with the same layer thickness, helping to significantly reducethe cost of insulating and sealing the building.Flooring and Tiling SolutionsA range of BASF Construction Chemicals floor preparation materialswere specified throughout the office, catering and workshop areas.PCI Nanolight ® is the first universal tile adhesive based on a patentedcombination of special fillers and binders that specifically formnanostructures. As a result, adhesion, strength and applicationproperties are substantially improved. PCI Nanolight ® is suitable forwall and floor applications and provides 30% greater coverage thanconventional tile adhesives.CoolingInstead of using conventional air conditioning in the classroom areas,the design team chose innovative new plasterboard whichincorporates Micronal ® PCM, a BASF phase change materialconsisting of microscopically small polymer spheres containing a waxstorage medium. When the temperature rises, the phase changematerial inside the polymer capsules absorbs heat and melts. Whenthe temperature falls, the liquid solidifies and emits heat. This ensuresa more uniform room temperature without the carbon emissions andcosts associated with conventional air conditioning.About BASFBASF is the world’s leading chemical company: The ChemicalCompany. Its portfolio ranges from oil and gas to chemicals, plastics,performance products, agricultural products and fine chemicals. As areliable partner BASF helps its customers in virtually all industries tobe more successful. With its high-value products and intelligentsolutions, BASF plays an important role in finding answers to globalchallenges such as climate protection, energy efficiency, nutrition andmobility. BASF has more than 95,000 employees and posted sales ofalmost €58 billion in 2007. BASF shares are traded on the stockexchanges in Frankfurt (BAS), London (BFA) and Zurich (AN). Furtherinformation on BASF is available on the Internet at www.basf.com.BASF plcPO Box 4, Earl RoadCheadle Hulme, CheadleCheshire SK8 6QGhttp://www.basf.comwww.energyefficiency.basf.com

Building a Sustainable FutureThe BASF House - UK Project

Building a sustainable future withinnovative chemistryBASF is committed to energy efficiency and saving resources by developing innovative solutions. This can only be achieved through joint efforts bypolitics, society, science and business. In its role as The Chemical Company, BASF is dedicated to using energy efficient production processes atits major sites worldwide. In 2007, BASF invested £1.4 billion in research and development and approximately one-third of this figure wasdedicated to energy efficiency, and saving resources.Who We AreBASF is the world’s leading chemical company. Our portfolio ranges from chemicals, plastics, functional solutions, performance products,agricultural products, oil and gas. As a reliable partner to all industries, our high-value products and intelligent system solutions help our customersto be more successful.What We AchieveOur goal is to use our products and services to successfully shape the future of our customers, business partners and employees.Through profitable growth we aim to consistently increase the value of our company.How We Shape The FutureWe develop new technologies and use them to meet the challenges of the future and open up additional market opportunities.We combine economic success with environmental protection and social responsibility. This is our contribution to a better future forus and for coming generations.BASF 2015 “ENSURE SUSTAINABLE DEVELOPMENT”The UK Code For Sustainable HomesThe Code for Sustainable Homes introduces new mandatory minimum levels of performanceacross five of the key categories: Energy efficiency/CO 2 Water efficiency Use of Materials Surface Water Management Household and Site Waste Management Pollution Health and Well-being Management EcologyThe Government is committed to cutting carbon dioxide emissions by 60% by 2050, relative to the 1990 levels. However, building sustainablehomes is not just about cutting CO 2 levels – how we build and use homes also has an impact on the environment. In April 2007 the Code forSustainable Homes replaced Ecohomes for the assessment of new housing in England. This environmental assessment method is based onEcohomes and many house builders who currently use Ecohomes will find the credit system of the code familiar. One of the key differencesbetween Ecohomes and the Code is that Ecohomes is based on the overall rating for the site, built up from various elements including location,ecology and amenities. The Code assesses the sustainability of individual dwelling types against the specific design categories. Site wide issues arealso considered and the results are by dwelling type.CreatingValues Integrated sustainability in customer relationships Develop new target groups and markets Identify relevant sustainability issues Develop tailored solutionsThe Creative Energy Homes ProjectReducing Risk Reduce reputational risks Transparent communicationTHE SITETHE SITEPublic Recognition for Sustainability and Transparency BASF shares included in top sustainabilityindexes such as DJSI World BASF included in the Global 100 listof the world’s most sustainablecompanies for the 7th year runningThe Creative Energy Homes project is a showcase of innovative state of the art energy efficient homes of the future being built on the UniversityPark at Nottingham.Six houses will be designed and constructed to various degrees of innovation and flexibility to allow the testing of different aspects of modernmethods of construction.The BASF House is the first to be completed. The build took just 25 weeks during a very wet and cold winter.The project aims to stimulate sustainable design ideas and promote new ways of providing affordable, environmentally sustainable houses that areinnovative in their design. BASF is a member of the World BusinessCouncil for Sustainable Development BASF as a foundingmember of the UN GlobalCompactPage 2Page 3

Achieving the CODE and a ‘Passivhaus’for the UKEnergy and Carbon Dioxide EmissionsEnergy Efficient DesignThe collaboration between the School of the Built Environment at the University of Nottingham and BASF started as part of a research anddissemination project which explored the application of the German ‘Passivhaus’ Standard to other countries in Europe. The success of thePassivhaus Institute in developing and implementing an approach to house design which is not only very energy efficient, but also meetsyear-round comfort criteria, naturally led to the question of whether this is applicable in other countries and other climates.The BASF House - UK ProjectThe key effect of the design criteria means the house has a compact floor area and relies as much as possible on passive solar design. In essencethe design is extremely simple. The house has highly insulated north, east and west walls with the minimum number of openings compatible withacceptable daylight levels. The southern elevation consists of a fully glazed two-layer sun space. A number of different opening apertures of variousconfigurations ensure that both of the glazed screens to the sun space can be opened or closed to facilitate heating or cooling. The space willcontribute to heating by the admittance of solar gain and for air pumped into the building below ground in the winter to pre-heat the space. Thesun space will contribute to cooling by the admittance of pre-cooled air in the summer from below ground and by minimising the effects of solargain through enhanced natural ventilation utilising a stack effect, induced by creating a low-pressure zone above the mechanically opening ventsbelow ridge level.From April 2008 every new residential property will require an Energy Performance Certificate for the Building Control Officer or AccreditedInspector. This will include:The energy efficiency of the dwellingThe carbon emissions figureThe cost of lighting, heating and hot water per annumRecommendations on ways to improve the home's energy efficiencySIP’s first floor and roof usesElastopor ® H and OSB.Elastopor ® H is a PU withexcellent insulation credentials.A “Cool” metal roof uses IRreflective pigments to preventmetal from over heating.Corus-BASF Coatings andBASF Pigments.In the UK, as part of the Creative Energy Homes Project at Nottingham University’s School of the Built Environment, BASF, helped by its customersand partners, has built a house to demonstrate how BASF raw materials and products can be used to create an energy efficient and affordablehome. This house, whilst initially experimental, has been designed by Derek Trowell Architects to function as a conventional dwelling.In designing the BASF House in Nottingham, BASF has taken into consideration a number of issues currently affecting the construction industryand how these could be overcome:- Energy Efficient and to have as near as possible Carbon Zero emissionsThe total annual heating load is around 1200Wh which translates into 12.5kWh/m 2 . The house complies with the Passivhaus standards of15kWh/m 2 and can be called a 1.5l house. This demand will be met by a renewable source of energy: biomass. Affordable and Economical DesignMaterials selected to balance the cost of building an energy efficient house against the requirement to make the house affordable toa first time buyer, based on whole life performance cost and energy use. Alternative and new methods of construction selected to ensure a fasttrack build to speed up the house build process. Address the issue of Shortage in Skilled LabourAlternative methods of construction such as Insulated Concrete Formworks and Structural Insulated Panels were selected overtraditional brick and block work construction for a new source of labour. Lack of Available Building LandThe BASF Materials and Products selected in the project demonstrate the flexibility of alternative building materials designed to exceedCode Level 4 and their suitability for semi-detached, multi-storey and terraced design. Offer Heating and Cooling Solutions to ensure comfortable livingAn affordable Ground Air Heat and Cooling Exchange system and renewable energy sources have been incorporated into the design toprovide an effective, affordable heat and cooling source. The careful design of the ventilation system of the house ensures that the house canachieve comfortable temperatures naturally by combining solar gains, natural ventilation and thermal mass provided by a new phase changematerial suitable for light-weight buildings. The energy use within the house is to be optimised by using WebBrick technology. This system willallow the University to oversee and control the ventilation, heating, lighting, security and blinds remotely via the internet, or, from inside thehouse. The house will be occupied by students as a living experiment to experience how comfortable life is within a house designed toexceed code level 4.Ground Floor using ICF Neopor ® blocks and concreteRheocell ® ICF. the Neopor is an EPS containing graphitewhich considerably enhances the insulative capacity.The Rheocell ® admixture enables a lower carbonfootprint concrete to be supplied and reduces thedemand for natural fine aggregate by more than 12%.Ground Floor PlanDesigned For ClimateProtectionMicronal ® Phase Change Materialcombined in internal plasterboard15mm depth giving the samethermal mass as 9cm bricks or12cm of concrete and providepassive air cooling/heating.First Floor Plan Ventilation Internal Planning andFlexible Space Thermal Mass Solar ShadingPage 4 Page 5

Building Fabrics and MaterialsThe design of the house limits heat loss throughout the building. All materials have been responsibly sourced to ensure lower environmental impactover their life cycle.Solar Collection and GlazingWindowsPractically 100% of the south facing façade and approximately 23%of the whole north façade are windows (frame plus glass). There areno windows on the East and West elevations. This then enables thehouse to be built also as a terrace or semi detached unit. REHAUand Astraseal have provided the structural glazing and windows forthe house.The southern facing roof slope houses solar collectors, which willprovide around 80% of the house's hot water heating requirement.These have been provided by Hoval.U-Values of WindowsSouth Elevation: Internal curtain wall (double glazed):1.7 W/m 2 o CExternal curtain wall (double glazed):2.7 W/m 2 o CNorth Elevation: Double Glazed windows: 1.66 W/m 2 o CU-Value of WallsThe walls and roof have a maximum U-Value of 0.15W/m 2 o CSolar AreaA unique solar area has been designed by REHAU and the projectdesign team to ensure the house benefits from the heat of the sunbut prevents cool air from affecting the inside temperature.To prevent overheating, the metal louvre system on the southelevation provides summer time solar shading from the high summersun. Solar access is provided in the winter months.The PorchThe use of a Biomass boiler will provide an additional heat source forthe house. This boiler requires a pellet store, which has been locatedin the small porch to the north elevation to allow deliveries from thepoint closest to the access road. The single storey porch also createsa buffer zone between the outside and the heated interior andstorage for bicycles.Health and Well being: DaylightThe house has been designed to improve the quality of life in thehome by utilising good daylight. This also then cuts the energyrequired to light the home.Key1 - Pellet and Bike Store2 - Porch3 - WC4 - Dining5 - Study Landing6 - Sun Space7 - BalconyPage 6 Page 7

BASF Insulation SolutionsBASF is one of the largest suppliers of raw materials to the construction industry for insulation materials.Energy-saving homes with BASF technologies contribute worldwide to lowering CO 2 emissions. BASF insulating materials such as Styropor,Neopor, Styrodur C (XPS) and Elastopor H help to reduce energy consumption and conserve resources.The BASF expertise in Germany to use innovative materials to build homes according to energy efficient methods has been transferred to othercountries. From its own property company, LUWOGE and consultancy LUWOGE consult show homes in Germany, Italy, France, the United Statesand South Korea demonstrate how energy and money can be saved in the long term. An appropriately improved insulation level, combined withphase change materials is a simple, cost effective means of increasing comfort and drastically reducing the heating demand in cold countries andthe cooling demand in hot ones.FoundationsRoger Bullivant’s have supplied the sub-structure for the house using a new foundations solution called System First. This system uses driven steelpiles, topped off with pile caps cast into shuttering. These points are then spanned by lightweight steel formers that then carry a grid of shallowertrays and Neopor insulation boards. In-situ concrete then completes a homogenous, load-bearing floor with excellent U-Values. Although thissystem is no faster than a beam and block installation, there is no requirement for a crane or other mechanised lifting device as all the componentsare low in weight.Roof and WallsIn order to minimise fabric and infiltration losses, high levels of insulation were selected for the house. This achieved a u-value of 0.15 for the wallsand roof respectively.SIPS First floor androof using Elastopord HICF using Neopor ®Springvale Platinum Insulationfor additional insulation valuesEPS InsulationNeopor ® , an expandable polystyrene (EPS), is the innovative refinement of the classic BASF invention for insulationand packaging, Styropor ® . Foams made of Neopor ® are silver-grey because they contain graphite, whichconsiderably enhance the insulating capacity. Foam manufacturers can save up to 50% raw material for the samelambda value and installers can work with panels that are 50% lighter in weight or up to 20% thinner.Ground Floor: ICFBASF Neopor ® Insulating Concrete FormworkFor the ground floor walls the BASF Neopor insulating concrete formwork (ICF) system,is based on lightweight CFC-free expanded polystyrene moulded blocks made from BASFNeopor. These blocks were assembled and supplied by Logix to create the shape of thebuilding, including window and door openings. The core was then filled with a pumpableconcrete which contains a specially formulated BASF concrete admixture; Rheocell ICF mix,supplied by Bardon Concrete. Nominal density 25kg/m 3 Nominal thermal conductivity: 0.030 W/(m-K)Once set, the concrete becomes a monolithic structure and the formwork remains in placeas thermal insulation, with U-Values ranging from 0.30 w/m≤k down to 0.11 w/m≤k, idealfor zero energy buildings.Page 8 Page 9

Sustainable Concrete SolutionsBASF Rheocell ICF MixThis new, pumpable ICF concrete mix enables a lower carbon footprint concrete to be supplied because it reduces the demand for natural fineaggregate, such as sand by more than 12% over traditional concrete. This Rheocell ICF mix also improves the thermal and acoustic qualities ofsuitably designed concrete.The keys to admixture sustainability:BASF’s Construction Chemicals division is the leading supplier of chemical systems and formulations for the construction industry. Continuousinnovation and tailor-made solutions ensure its customers are more successful. Its Admixture Systems business unit provides a comprehensiverange of technologies which is backed up by expert consulting and professional services improving the quality, safety and economy of construction.Ready mixed concrete has to fulfil a variety of requirements, depending on its end user, its field of application and the environment in which it isplaced. For producers, economical concrete production is vital, whereas contractors need concrete with long workability and easy placingcharacteristics, and engineers are mainly concerned with high durability. Increased fluidity: reduces noise and energy requirements during placing Auditable reductions in energy and therefore CO 2 levels Optimised mix design: reducing embodied carbon dioxide and energy by enhancing the effectiveness of the cement component Reduced permeability: increases the durable life of the concrete with an associated long term environmental benefit Reduced damage from harsh environments: including marine, freeze-thaw and sub-zero situations, giving longer life Improved quality: better finish and reduced service life repairAir Tightness/Thermal BridgesA common failing in housing is air leakage and cold bridges. The monolithic structure of ICFs provides a significant reduction of the number ofjoints in a wall structure and requires simple detailing for windows and doors which significantly reduces the risk of air tightness failures.First Floor: SIPSStructural Insulated PanelsElastogranThe Elastogran Group is one of the worldwide leaders in polyurethanes (PU). As part of the BASF Group, we have over 40 years' experience in thePU industry. Elastogran is the market and technology leader for polyurethane systems and polyurethane special elastomers, as well as the leadingsupplier of polyurethane basic products.Elastopor H - Rigid Foam SystemsElastopor H is a closed-cell polyurethane rigid foam used for many applications in the field of heat and cold protection due to its excellentinsulation properties.This "made-to-measure insulant" boasts extremely low thermal conductivity levels matched by no other conventional insulant. Good mechanicalproperties and excellent adhesion mean the material has a wide range of applications. Its insulation properties are very high even when thin.Elastopor H systems are a significant component of multi-layer construction elements (known as sandwich panels) featuring a polyurethaneinsulating core and diffusion-resistant metal coatings. These are used as facade or roofing elements in the building of cold stores, warehousesand factory buildings as well as in the building of containers and vehicle super-structures. Sectional gate elements, doors and garage doors arealso produced with an insulating PU core. These metal composite elements are manufactured in continuous twin belt and intermittent(press) production.Elastopor H insulation elements with flexible coatings (e.g. aluminium, paper) are used in housing construction for sloping, flat-roof, cavity wall andfloor insulation. Elastopor H's excellent mechanical properties mean it can also be used in areas subject to pressure like parking decks, terracesand roof gardens.External Render Systems for ICFsSince the integration of the RELIUS Group in early 2007, BASF Coatings has offered construction paintsfor interior and exterior applications as well as external wall insulation systems in Europe.ICF’s are becoming increasingly popular for many projects due to the speed of construction, energysaving benefits, design versatility and sustainability. Relius Render Systems are ideal for application toICF structures.Cement based, polymer modified, reinforcement layer incorporating fibreglass mesh for increasedcrack resistanceRelius Silicone and Acrylic based finishing renders do not require over painting. They are vapourpermeable yet weather resistantRelius Silicone and Acrylic renders are supplied with Relius Algosilan fungicide. Delays the onset ofalgae growth on finishing rendersRelius Express grade silicone render allows application of finishing layer in temperatures from +1°C.Relius Silicone and Acrylic renders are available in over 500 coloursRelius render systems have been applied to EPS substrates for over 30 years and offer provenperformance with many millions of square metres completedA prefabricated timber insulated sandwich panel containing rigid polyurethane foam insulation has been used on the house. This material has beenchosen because of its lightweight, high insulation factor and the ability to prefabricate off-site non-rectangular shapes i.e. to the gable walls.The roof is constructed of the same material. This avoids the need for a separate roof structure, as one would need for a traditional build.The use of these materials creates a highly insulated and energy efficient quick to erect building envelope. For this project Elastogran customerSIP Building Systems Ltd., manufactured these panels and SIP IT Scotland carried out the installation. Reduced energy consumption Lower energy bills 90 percent less air leakage than timber stick-framed structures No thermal bridging or convection loopingPage 10 Page 11

Air Leakage TestingThe new Part L1A Regulations came into effect on 7 April 2006 and concentrates on the Conservation of Fuel and Power within New Dwellings.All new dwellings will require an Airtightness Test to achieve the standard. During the design stage a great deal of attention was given to the detailsensuring high-quality finishing, air-tightness and avoidance of heat loss through thermal bridges.Thermal modelling by the University of Nottingham and Energist highlighted sections of the building which could be susceptible to air tightnessfailings. To prevent this from happening additional preventative measures were undertaken on the first floor to address this.Additional InsulationSpringvale Platinum EPS InsulationAn additional layer of insulation was added internally to the SIPs panels and internally and externally to the ICF toensure a U-Value of 0.15 was achieved. Springvale Platinum EPS insulation was used to do this. The productused here was similar to the ground floor foundations, where eight cubic metres of Springvale PlatinumFloorshield EPS 120 high-grade insulation had already been used at 120mm thickness to provide high levels ofthermal performance.Springvale Platinum is a rigid, light-weight insulation board with a closed cell structure that incorporates BASF’sNeopor ® graphite component, enabling it to deliver high insulation values. The product is supplied in variousgrades, depending on the compressive strength requirements and in standard board sizes of 1200 x 2400mm.Springvale Platinum is manufactured without the use of CFC’s or HCFC’s. It has zero ODP (Ozone DepletionPotential) and zero GWP (Global Warming Potential). Using the BRE environmental profiling system, Platinumscores as few as 0.043 Ecopoints over a 60 year lifespan. For the upper storeys, this was then overclad withKnauf's Futurepanel with SmartBoard ® installed in all south facing rooms' ceilings.PCI Pecidur ®Within the bathroom area, PCI Pecidur ® tile backer boards were used instead of Neopor ® on the SIPs sloping ceiling panels & walls as a waterproofand insulating solution. This additional insulation was required to achieve a higher U-Value and ensure airtightness was maintained.As part of the BASF group PCI are specified throughout sports, leisure, housing, retail and health care facilities for tiling and contract flooringsolutions whether traditional methods of construction or offsite modular build techniques are applied.Page 12 Page 13

Cladding and RoofingPLASTICERAM The first floor and roof required a lightweight, durable, waterproof cladding. Colorcoat Urban by Corus was selected. When used in conjunctionwith Confidex Sustain it provides the world’s first "cradle to cradle" Carbon Neutral building envelope. Standing seam steel clad roofing, whilstnot particularly common in housing in the United Kingdom, is widely used elsewhere in Europe and the USA and is similar in many ways totraditional lead rolled roofing.Solar Heat ManagementThe low carbon Colorcoat Urban roof from Corus features a BASF Coil Coating infused with specially selected BASF pigments that have solarheat reflective properties which can contribute to reducing any local environmental heat island effect, a growing problem in urban areas particularlyhighlighted by the Greater London Authority.Traditional roofing materials absorb solar energy, generating heat that is transported by thermal conduction into the roof and by convection to thesurrounding air. Due to the reflective properties of the roof, the BASF House absorbs less solar energy so less heat is available to be released whenthe temperature drops, which can affect local micro-climates.The project at Nottingham is one of the first UK applications of a coated roof using heat management pigments on a single dwelling domesticproperty. The system uses a new enhanced version of BASF’s Coil Coating, PLASTICERAM. The new coating features superb UV durability andcorrosion protection as well as offering solar reflective capability. Using their in-house developed computer program, CoolSim, BASF calculatesthe best combination of pigments to add to a chosen paint colour to maximise solar reflection.A terracotta colour has been used at the Creative Energy Homes Project site, in keeping with the traditional roofing tile used in the area. However,in response to the demand for a matt colour range suitable for the urban environment. BASF Coil Coatings and Corus have developed a range ofdifferent matt colours that open up new possibilities in urban building design and aesthetics.Phase Change MaterialsMicronal PCM and SmartBoard Now that all new builds have to be highly insulated to meet the code for sustainable homes,the energy cost for cooling these houses down is of great concern.To overcome this issue, SmartBoard a Micronal phase change material modified plasterboardhas been used internally within the BASF house to help regulate the temperature. IncorporatingBASF’s PCM materials into the design is a new way to reduce heat build up in propertiesproviding in this way an alternative solution to using air conditioning.Microscopically small polymer spheres contain in their core a storage medium of waxes.On heating and cooling, the wax in the reservoir capsules melts and solidifies, respectively. Whenthe temperature rises, the phase changing materials absorb heat. When the temperature falls,they emit heat. During the phase change, the temperature remains constant. This stored heatwhich is ‘concealed’ in the phase change is known as latent heat. It is a reversible process whichoccurs within the melting range of the wax.A building material modified with Micronal ® PCM is capable of providing an active temperaturemanagement. Typically, it keeps the air temperature in office spaces and living rooms almostconstant at the melting point level throughout the period of phase change. Nature, through it’sday to night temperature differential, ensures a cycle sequence of ‘melt and solidify’. Day-timepeak temperatures are lessened, with low night-time temperatures used to dissipate heat fromthe building through pervading the room with night-air, at no charge.Once the room temperature rises to above melting temperature the microcapsules begin their‘work’. Surplus heat is dissipated into the ceiling to be stored there. As a consequence, temperature peaks are cut off, thus ensuring a moreuniform room temperature. SmartBoard is available in the UK through Knauf at two switching temperatures of 23 0 c and 26 0 c. Smartboard 23 0 cwas used in the ceiling of the south facing rooms in the BASF house.With a U-Value of only 0.15, the low carbon environmental credentials of the roof are backed by Corus who can provide full traceability andcomposition information for all elements of the material and system. Even when compared to using eco-concrete roof tiles, specifying aColourcoat Urban roof saved almost 2 tons of CO 2 . The roof is BS6920 approved, drinking water safe, contains 20% recycled content, is 100%recyclable and has a 40 year BBA certificate.Page 14 Page 15

Materials: Finishing ElementsThe BASF product portfolio ranges from chemical, plastics, performance products, agricultural products and fine chemicals to crude oil andnatural gas. As a reliable partner to virtually all industries, BASF’s intelligent system solutions and high-value products help its customers to bemore successful. BASF develops new technologies and uses them to open up additional market opportunities. It combines economic successwith environmental protection and social responsibility, thus contributing to a better future.By working with these BASF divisions the design team has been able to specify a range of materials for the house which havebeen responsibly sourced.Plasterboard – FuturepanelThe plasterboard for the house was supplied by Knauf. Their new Futurepanel was specified throughout the house because it is the industry’s firstCarbon Neutral Plasterboard. The Knauf Futurepanel combines excellent sound and fire resistance with ‘green’ credentials that are a positiveresponse to the government’s Code for Sustainable Homes. Knauf Futurepanel is a premium plasterboard with a core made from at least 10%recycled gypsum and the rest from the most sustainable sources available. The liners are made from 100% recycled paper. Knauf Futurepanel is a10kg/m 2 board and can be substituted for standard wallboard in partition and lining specifications, giving identical or better system performance.TimberThe softwood timbers used in the house have been treated with Wolsit KD20, a wholly organic wood preservative from Dr Wolman GmbH.Wolman has been at the forefront of development in industrial wood preservation since its creation by Dr Karl Heinrich Wolman more than acentury ago. The timber was treated by Harlow Brothers in the double-vacuum process. This process injects preservative into an envelope ofprotection around each component and results in service lives of many decades by protecting against attack from xylophagous insects and fungi.StairsKloepping TSS were selected to provide the bespoke stairs, oak supporting beams and the balconies balustrades within the house.Page 16 Page 17

External and Internal DoorsThe house also includes thermally efficient, engineered timber, external doors manufactured byManse Masterdor Ltd. and Leaderflush Shapland interior door frames, both of which use BASF’sPermaSkin coating system. PermaSkin is a new and unique system for finishing of three dimensional timber products using a weatherable, highperformance thermoplastic film. This cost effective system produces a long life, maintenance free finish in a single step and retains the originalappearance of the wood grain.StylesBased on Luran S materials used in external applications for over 30 years, the polymer ASA used in Permaskin provides very high resistance toweathering and discolouration.PrefabricationManse Masterdor door sets are prefabricated with a tailored fit made before arrival to site.Secured by DesignManse Masterdor Ltd. provides the largest range of Secured by Design door sets on the market, as well as the Masterdor double door. Masterdorexceeds PAS23/24 Bsi tests, meet the requirements of Part M of the building regulations, and fire check versions have also been successfullytested to BS476 Part 22.AirtightThe Manse Masterdor door set consistently achieves the highest exposure category in testing, showing it is one of the most airtight door sets onthe market.Renewable TimberThe Manse Masterdor is also engineered from renewable timber material, which utilises converted coppiced cropwood, specifically grown for thispurpose in managed forests. All timber used in Masterdor construction conforms to L.A.21 sustainability requirements.Access for AllTo consider the main recommendations of the DDA and requirements of the Approved Document M (2004 edition) and BS8300:2001in relation to access systems, the Manse Masterdor door solutions where chosen to ensure access for disabled people.TilingAs part of the BASF group, PCI has provided the complete specification for all tiling and contract flooring requirements within the BASF House. Keyrequirements in product selection were sustainability and affordability. As a result, affordable tiles were sourced locally from the Nottingham branchof East Midlands Ceramics, natural stone was sourced from a local quarry and a local tiler & flooring contractor were used.PCI also supplied grouts and adhesives for the tiling for the ground floor’s downstairs toilet, kitchen and solar area. PCI Nanolight was usedextensively in the project because of its high yield and coverage.FlooringBASF's technologies for flooring also extended into the upstairs bedroom carpets with a 100% BASF granulate Polyamide carpet being supplied byBalta Industries. This was chosen because of its low maintenance and cleanability. The ground floor flooring was supplied by BASF's customersPolyflor and entrance matting by Bonar Floors. All of which were fixed using PCI flooring adhesives and levellers and selected for their fastinstallation, affordability and low maintenance costs.KitchenPaula Rosa cabinets and worktops were selected for the kitchen. Paula Rosa is currently working towards ISO14001 accreditation.The kitchen cabinets are made from melamine faced chipboard with dowel and glue pressed construction in a “Lean Manufacturing” environment.All the chipboard used carries FSC certification. This type of kitchen was selected because it makes use of timber and wood trimmings and wastenot otherwise useable. The drawer system is guaranteed for life of the kitchen and is recyclable energy and water efficient kitchen appliances weresupplied by Beko.Page 18 Page 19

Low to Zero Carbon (LZC) TechnologiesTo reduce carbon emissions and atmospheric pollution by encouraging local energy generation from renewable sources to supply a significantproportion of the energy demand.Heating and CoolingMeeting the Code for Sustainable Homes level 6 relies upon the use of renewable technologies to produce energy to power, heat and coolnew build houses.From the outset of the BASF house project it was recognised that a limited amount of renewable technologies would be incorporated into thedesign. This approach has demonstrated that a typical 20 homes development, based upon the BASF design, can be built for £70,000. Thisprovides specifiers and housebuilders with a realistic airtight, thermal efficient building which exceeds code level 4 at an affordable build cost.Ground-Air Heat ExchangerOne of BASF’s key partners in the project is REHAU who are supplied their Awadukt Thermo ® ground-air heat exchanger system for controlledventilation. Fresh air is drawn through an underground network of pipes and is then either pre-heated in the winter or pre-cooled in the summer byexploiting the energy stored in the ground.REHAU has developed the first ground to air heat exchanger with an antimicrobial inner layer which, as well as saving both costs and energy, willensure a considerable improvement to the quality of air.Biomass BoilerThe BASF House will be thermally efficient, using its passive house design to provide heat, but a biomass stove has been installed to ensure thecomfort of the occupants. This will also provide an additional hot water supply on winter days. This system will allow the University of Nottinghamto carry out research into this field.The advantages of using locally grown biomass as feedstocks in domestic heating are very important. The BASF House will be using a boilerwhich runs on renewable energy from the waste meal of rape seed. This will be added to the the boiler on a regular basis to provide top up heatfor the residents. The Baxi boiler can also run on a variety of different fuel sources allowing the houseowner to choose the most cost effective fuelat the time. A suitable multi-heat flue was supplied and installed by Dunbrik Flues.Solar PowerSolar power will provide up to 80% of the hot water using Hoval’s Solkit® solar system with its revolutionary LowFlow technology.This is a compact system for solar-powered DHW generation. It is combined with solar collectors which are suitable for all roof types or for wallmounting. Available with either 250 or 470 litre DHW capacity.Page 20 Page 21

Water Conservation and RainwaterHarvesting SystemHertel’s crew excavated the ground to the front left of the BASF plot to enable REHAU's Raurain Rainwater collection tank to be lowered into place.The REHAU Raurain rainwater harvesting system will enable rainwater to be collected from the BASF House's roof, stored and pumped back into thehouse to be used instead of drinking water for the machine washing of clothes, flushing of toilets, household cleaning and watering of the garden.Used this way, rainwater not only saves valuable drinking water but cuts bills too.A person living in the UK consumes on average 130 litres of potable (drinking quality) water each day. Of this 130 litres of water used over 50% isused in applications where drinding water quality is not necessary:Bio DiversityBASF has led the way for a Bio Diverse strategy for the whole of the creative homes project. By teaming up with BASF's Sustainability Manager,University of Nottingham and landscape designer Sarah Hawkins, measures have been put in place to encourage the promotion of Bio Diversitywithin the grounds. These measures will be implemented during 2008. These will include solutions for composting, use of mulches, letting part ofthe area go wild, selecting plants to conserve and harvest water, encourage wildlife, birds and beneficial insects to the gardens. Good plantingconditions are essential to establish plant growth. Planting is to take place in the spring. The concept of an allotment area has also been proposedfor the site.Waste ManagementWith the introduction of the Pre-treatment of Non-Hazardous Waste Regulations 2007, it is now a legal requirement for all UK businesses todemonstrate that they are segregating recyclable materials from their waste prior to landfill.Household Waste Storage and Recycling FacilitiesVeolia Environmental Services have been servicing the University of Nottingham for several years. During this time they have made significantimprovements to recycling activities at the University, introducing various different initiatives and campaigns to raise awareness at the University.These facilities will be extended to those homes used within the Creative Homes Project. All houses have an adequate internal and external storagespace for household and recycling waste in accordance with the criteria set out in the Code for Sustainable Homes.Construction Site Waste ManagementA site waste management plan was produced and implemented for the BASF House site. Veolia Environmental Services were the appointedlicensed external contractor.Minimising Construction WasteAppropriate measures were put in place to sort, re-use and recycle construction waste.ICF and SIPS materials were specified for the house because they promote resource effiency. By using these materials instead of traditional bricksand blocks has significantly reduced the amount of waste generated on site.CompostingHome composting facilities have been provided for in the garden of the house.House ManagementHome User GuideTo encourage the home owner/occupier to understand and operate their home efficiently and to make the best use of local facilities,BASF have created a Home User Guide.Considerate Constructors SchemeBest practice site management principles were adopted on site. Many of the contractors used on site were certified under the ConsiderateConstructors Scheme or other locally or nationally recognised schemes.Permeable PavingWater entry, infiltration speed and rainfall intensity, duration and frequency have had a great bearing upon the type of SUDS required for the house.Aggregate Industries' Rainwater Harvesting System utilises both hard and soft surfaces for collecting and storing rainwater that would otherwise havegone into the drainage system, into the ground or be lost to the atmosphere through evaporation. A variety of solutions are available from AggregateIndustries and are being demonstrated around the house. These include a new permeable concrete solution from Bardon Concrete and BASFAdmixtures Division.Putting safety first Hertel were selected to supply and manage the scaffolding and electrical programme for the BASF site project. Hertel combinesa large number of activities for its clients by capturing best practices, utilising resources better and driving improvements through multi-disciplineand multi-site contracts. At the BASF Seal Sands production plant, Hertel's full range of project, maintenance and support services have beenused because of the outstanding service which they provide. For this reason they have been used on the BASF House project.Construction Site ImpactsSite management procedures were put in place to monitor, report and set targets to mitigate environmental impact.Selection of Suppliers and PartnersTo balance the choice of materials, colour and composition of the house with the need to fulfil a challenging brief the selection of suppliers andpartners was fundamental to the success of the project. By being aware of new technologies and science available the BASF house has been builtusing suppliers and partners who are experts and innovators in their field.Page 22 Page 23

Energy Efficiency and MonitoringThe house will initially be occupied by University staff or students and carefully monitored, but it has been designed to function as a conventionaldwelling. This real life experiment will provide the University of Nottingham, BASF and industry with vital data on the advantages and disadvantagesof living in an airtight, highly insulated structure.To meet the low budget remit, a completely different approach wasrequired from the more traditional systems, where cost of entry isprohibitive.The WebBrick system was chosen for its affordability, flexibility,expandability and future integrity, and provides benefits that developers,home owners, University research groups and other building systemmanufacturers truly value as each extend their experimental research intoEco-homes.The WebBrick system currently oversees and controls the ventilation,heating, lighting, security, and blinds. It can additionally interface with theentertainment systems but in this particular house this was notconsidered essential at the outset.Smart meters have been installed to measure the use of resources in thehouse, i.e. electricity and water, with the data being presented on a touchscreen panel mounted in the kitchen. This same touch screen also providesa user interface with a menu of options for controlling the home. Similarlyhome PC’s, office PC’s and many ‘off the shelf’ internet gadgets like smartphones, PDA’s and internet phones can be used to securely control andmonitor the Eco-house from inside, or indeed anywhere in the world.Elsewhere the house lighting system, which includes mains power batterybackup, maximises the use of low energy, low voltage LED(light emitting diode) lighting technology.Annual Heating DemandkWh/m 25550454035302520151050StandardBuilding RegsHigher limit forPassivHausGermanyBASF House(predicted)Page 24 Page 25

Supplier and PartnersKey Partners:Partner:Key Supplier:Harlow Bros LtdSupplier:BASF Group Registered Trade MarksBASF SENeoporStyroporStyrodur CPermaskinLuran SCoolsimMicronal PCMBASF Coatings AGPlasticeramElastogran GmbHElastopor HPCI Augsburg GmbHPecidurNanolightPage 26 Image courtesy of Derek Trowell ArchitectsPage 27

BASF plcPO Box 4Earl RoadCheadle HulmeCheadleCheshireSK8 6QGTel: 0161 485 5323Fax: 0161 485 5487www.house.basf.co.ukwww.energyefficiency.basf.comwww.basf.de/sustainabilitywww.luwoge.de

„Wirklich innovative Lösungen“Energieeffizienz durch Innovationen –Bauen und Wohnen mit der LUWOGELUWOGEDas Wohnungsunternehmen der BASFwww.luwoge.de

Innovationen, die bewegenEnergie aus Luft und Wasserstoff– Brennstoffzelle –Das 3-Liter-Haus besitzt eine der fortschrittlichstenVarianten der Energieerzeugung:eine Brennstoffzelle. In ihrwird die chemisch gebundene Energieeines Brennstoffes in Nutzenergieumgewandelt. Die Stromerzeugungin der erdgasbetriebenen Brennstoffzellegeschieht bei der elektrochemischenReaktion zwischenWasserstoff und Luftsauerstoff. DieStrom- und Wärmegrundversorgungist daher über die Brennstoffzelle vieleffizienter und mit deutlich geringerenEmissionen verbunden. Die Bewohnerdes 3-Liter-Hauses beziehenStrom und Warmwasser direkt vorOrt aus diesem Mini-Kraftwerk. Benötigtdas Haus mehr Energie, als dieBrennstoffzelle liefern kann, wird diesedurch einen Heizkessel oder dasöffentliche Stromnetz bereitgestellt.Überschüssiger Strom wird wiederumin das Netz eingespeist.Dämmen macht´s möglich– Neopor ® –Energie und Kosten sparen undgleichzeitig den CO 2-Ausstoß reduzieren:Das macht ein speziellerDämmstoff möglich: Neopor ® . DerBASF-Werkstoff ist eine Weiterentwicklungvon Styropor ® . Neopor ®enthält mikroskopisch kleine Grafitplättchen.Diese reflektieren undabsorbieren die Wärmestrahlungund setzen die Wärmeleitfähigkeitherab. Der Effekt: Die silbergraueNeopor ® -Platte dämmt mit einemdeutlich geringeren Rohstoffeinsatzgenau so gut, wie eine doppelt soschwere Platte aus Styropor ® . Damitergeben sich für Umwelt und auchBauherr Vorteile: Mit einer TonneNeopor ® können beispielsweise im3-Liter-Haus 1.260 Liter Heizöl proJahr eingespart werden.Immer saubere und gesunde Luft– Kontrollierte Lüftung mit –WärmerückgewinnungAlle Räume der Energiesparhäuserwerden durch eine kontrollierte Lüftungoptimal be- und entlüftet. DieLüftungsanlage saugt die verbrauchteWohnungsluft aus Küche und Badab und führt sie über einen Wärmetauscher.Der überträgt bis zu 85 Prozentder Wärme auf die Frischluft, diedann wohltemperiert in Wohn- undSchlafzimmer strömt. Vorteil: 85 Prozentder Abluftwärme verbleiben imHaus, gesunde Raumluft wird kontinuierlichfrisch und gefiltert zugeführtund Schadstoffe werden beständigabgeführt.

Im Winter warm, im Sommer kühl– PCM-Material –Fenster halten dicht– Dreifach-Wärmeschutzverglasung –Rühren, fertig, los– Xfast TM –Baustoffe mit PCM (Phase ChangeMaterials = Phasenwechselmaterialien,Latentwärmespeicher) sorgen füreinen aktiven Temperaturausgleich.Mit diesem physikalischen Kniff könnenBaustoffe Wärme jetzt zusätzlichlatent speichern: Die mikroskopischkleinen Kunststoffkügelchen enthaltenin ihrem Kern ein Speichermediumaus Wachs. Die kleinen Wachskügelchennehmen im Sommer beigroßer Hitze die Wärme auf undgeben sie verzögert wieder ab. DerEffekt: An heißen Tagen bleibt dieWohnung länger angenehm kühl.Ein Wandputz, der beispielsweisezu einem Drittel mit PCM versehenist, hat in dem für den Wohnbereichentscheidenden Temperaturbereich(22 bis 26°C) die gleiche wärmespeicherndeWirkung, wie eine 20 Zentimeterdicke Ziegelwand.Die Fenster der Energiesparhäuserund dem Dienstleistungs- und Servicecentersind gleich dreifach verglast,die Kunststoffrahmen mit einemDämmkern ausgestattet, deroptimal isoliert. Zwischen den Scheibensorgt Edelgas für einen idealenWärmeschutz. Zum Vergleich: Durchein einfach verglastes Fenster entweichtrund die fünffache Menge anWärme.Mit Stir-in-Pigmenten namens Xfast TMerleichtert die BASF ihren Kunden inder Farben- und Lackindustrie dieArbeit deutlich: Sie bekommen jetztPigmente, die bereits gebrauchsfähigsind. Herkömmliche Pigmentekönnen nicht einfach in den Weißbinder– die Grundsubstanz einerAnstrichfarbe – eingerührt werden.Wegen seiner feinen, staubigenKonsistenz würde das Pigmentpulverzusammenklumpen wie Mehlin der Soße. Deshalb muss es ineinem aufwändigen Verfahren „angerieben“werden: Mit Wasser undweiteren Additiven wird in einemMahlverfahren eine Paste erzeugt,die dann erst zu einer Anstrichfarbeoder einem Lack weiterverarbeitetwerden kann. Xfast TM machtjetzt alles leichter. Die mediterranenXfast TM -Farben, angebracht an den1-Liter-Stadtreihenhäusern, bringen einfarbenfrohes Flair in das Brunckviertel.

Innendämmung inder AltbausanierungDie LUWOGE hat erstmalig mit demBASF-Schaumstoff Neopor ® in einemfreistehenden Wohnhaus in Ludwigshafeneine Innendämmung realisiert.Ergebnis: Das über 100 Jahre alteMeisterhaus verbraucht nur nochsechs Liter Heizöl pro Quadratmeterund Jahr Primärenergie für Heizungund Warmwasser. Dadurch hat sichder Energiebedarf um bis zu 80 Prozentreduziert.Der niedrige Energieverbrauch wirddadurch erreicht, dass Wände, Dachund Keller mit Neopor ® gedämmt sind.Weitere wichtige Bausteine des Modernisierungskonzeptssind dreifachverglaste Kunststoff-Fenster mit Edelgasfüllung,eine ausgeklügelte Lüftungsanlagemit 80 Prozent Wärmerückgewinnungund Solarkollektorenzur Unterstützung der Warmwassererzeugung.Zudem werden im DachgeschossMicronal ® PCM Gipsbauplatteneingesetzt, um das Haus imSommer zu kühlen. Der Vorteil: ZweiZentimeter PCM Gipsbauplatte entsprechenrund neun Zentimeter massivemMauerwerk.Das Doppelhaus aus dem Jahr 1892ist Teil der ältesten LudwigshafenerBASF-Werkssiedlung „Alte Kolonie“in unmittelbarer Nähe des Werksgeländes.Mit der Maßnahme nimmt dieLUWOGE am bundesweiten Pilotprojekt„Niedrigenergiehaus im Bestand“der Deutschen Energie-Agentur (dena)teil, um Hauseigentümern und derBaubranche ein Beispiel zu geben,einen Altbau mit Innendämmung zumodernisieren.

Neue Wege in derStadtentwicklungMit dem Brunckviertel hat die LUWOGEeinen ganzen Stadtteil modernisiert.Vorzeigeprojekte wie das Brunckvierteltragen dazu bei, innerstädtischeWohngebiete zu stärken und aufzuwerten.Gemeinsam erarbeiteten dasWohnungsunternehmen, die StadtLudwigshafen und das Land Rheinland-Pfalz1997 das Konzept. Es umfassteneben der energetischen Modernisierungvieler Altbauten auch denAbriss und Neubau von Wohnungen.Darüber hinaus legte die LUWOGEneue Grünanlagen an und beruhigtedas Wohngebiet mit einem eigenenVerkehrskonzept. So wurde dieWohnqualität nachhaltig verbessert.Im Brunckviertel zeigt die LUWOGEihre technische Kompetenz in Verbindungmit dem Einsatz von innovativenBASF-Produkten. Beispiele hierfürsind die 1-Liter-Stadtreihenhäuser,das Dienstleistungs- und Servicecenterund europaweit das erste 3-Liter-Haus in der Altbaumodernisierung. Inden modernisierten Wohneinheitender BASF-Werkssiedlung liegt derHeizwärmebedarf im Schnitt bei fünfLitern pro Quadratmeter und Jahr.Zusammen mit den Neubauten reduzierensich Energieverbrauch undCO 2-Emissionen für das gesamteWohngebiet um 80 Prozent. HeizenergieverbrauchCO 2-EmissionVerbrauch und Energievergleicham Beispieleiner ölbeheizten100 m 2 Wohnung –berechnet auf ein Jahr Heizkostenverbrauch

Prima Klima: AusgeklügeltesEnergie- und Lüftungskonzept4.000 von 7.500 Quadratmeter Außenfassadedes Dienstleistungs- undServicecenters sind verglast. Die ansprechendeOptik des Hauses ist Resultateines überregionalen Architekturwettbewerbs.Das dreigeschossigeBürogebäude dient als Schallschutz fürdas dahinterliegende Wohngebiet, dasBrunckviertel. Transparente TreppenundEingangsbereiche unterbrechenoptisch die Gestaltung der Gebäudefrontund geben den Blick auf die dahinterliegenden Grünflächen und Gärten frei.Einzigartig am Gebäude ist das Energie-und Lüftungskonzept – eine Kombinationaus Erdkanal, Erdabsorber,Bauteilkühlung und Lüftung. Auf einekonventionelle Klimaanlage kann verzichtetwerden.Be- und Entlüftung der Büroflächenund der Kundenhalle funktioniert überdie Nutzung der Erdwärme/-kältedurch einen Erdkanal. Sommer wieWinter herrscht in der Erde eine Temperaturvon 12° bis 15°C. Frische Luftwird aus dem Grünbereich angesaugtund über einen drei Meter tiefen Betonkanalim Erdreich zum Bürokomplexgeleitet. Die natürlich temperierteLuft strömt über Steigschächte undLüftungsrohre in die einzelnen Stockwerkeund gelangt über Bodenauslässein die Räume. Die Abluft verlässtdie Büroräume über Lüftungsgitter inder Fassade.Auch die Beheizung bzw. Kühlung derRäume erfolgt über ein besonderesSystem. Unter dem Gebäude verlaufenRohrschlangen, durch die warmesbzw. kaltes Wasser bis in die Deckegepumpt wird. Der Wasserkreislaufgibt die Wärme/Kühlung an die Räumeab.Ein erhöhter Wärmeschutz der Fassadesorgt für eine Verringerung des Heizwärmebedarfsum rund 20 Prozent.

1-Liter-Stadtreihenhäuser: Technik Das 1-Liter-Haus –Clevernesszahlt sich ausDie LUWOGE hat im Brunckviertel46 Mietwohnungen im Reihenhausstilneu gebaut. Das Besondere:Durch die umfassende Gebäudedämmungmit einer Plattendickevon mindestens 30 ZentimeterNeopor ® der BASF liegt der Heizwärmeverbrauchdurchschnittlich beiumgerechnet nur einem Liter Heizölpro Quadratmeter und Jahr.Zur Verbesserung des Wärmeschutzeswurden dreifach verglasteKunststoff-Fenster mit Edelgasfüllungeingesetzt. Ein spezielles Lüftungssystemmit Wärmerückgewinnung sorgt fürFrischluft, ohne dass durch zu häufigesFensteröffnen die Wärme verloren geht.Insgesamt lassen sich durch diese kontrollierteLüftung rund 85 Prozent derWärme rückführen. Der Vorteil: Auf einekonventionelle Heizung kann verzichtetwerden. Nur bei extrem niedrigen Außentemperaturenunterstützt ein zentralesBlockheizkraftwerk die Erwärmung derfrischen Luft. Das Kleinkraftwerk dientansonsten der Warmwasserbereitungund Stromversorgung.

Das 3-Liter-Haus –die Zukunft hat begonnenAuf den ersten Blick nur ein ganznormales Mietshaus, doch stecktdas 3-Liter-Haus voller technischerRaffinessen und innovativer Ideen.Bei der Modernisierung des Altbausist Neopor ® das wesentlicheErfolgselement. Die umfassendeDämmung der Gebäudehülle mitNeopor ® führt dazu, dass nur nochdrei Liter Heizöl pro Quadratmeterund Jahr für die Beheizung desrundum modernisierten Gebäudesverbraucht werden. Unterstützt wirddieser Effekt durch dreifach verglasteKunststoff-Fenster und eine Lüftungsanlagemit 85-prozentiger Wärmerückgewinnung.Alle Maßnahmensenken die Heizosten beispielsweisebei einer 100-Quadratmeter-Wohnungvon jährlich 1.400 auf 200 Euro. DieMieter zahlen deshalb eine Warmmiete.Die erfolgreich durchgeführte Altbaumodernisierungin Ludwigshafenführte zu dem Vorschlag des Ratesfür Nachhaltige Entwicklung, in allenBundesländern Leuchtturmprojektefür eine beispielgebende Altbaumodernisierungdurchzuführen. DieserVorschlag wird mit Unterstützungdurch die BASF von der DeutschenEnergie-Agentur (dena) federführendin dem Projekt „Niedrigenergiehausim Bestand“ umgesetzt.

Messergebnissedes PilotprojektsEin umfangreiches Messprogrammbegleitete das im April 2001 fertiggestellte 3-Liter-Haus. Vor und nachder Sanierung wurden thermographischeUntersuchungen durchgeführt,des Weiteren wurde im Haus ein kontinuierlicharbeitendes Messsystemeingebaut. Folgende Ergebnisse liefertendie wissenschaftlichen Untersuchungenüber drei Jahre:Das Planungsziel – ein Verbrauchvon durchschnittlich drei Litern Heizölpro Quadratmeter und Jahr – istmehr als erreicht: Der Verbrauch lagin den Jahren 2001 bis 2004 bei einemmittleren Wert von nur 2,6 LiternHeizöl.Modernisierung 3-Liter-HausDer hohe Wärmeschutz durch Neopor® -Dämmung bringt speziell imWinter ein behagliches Raumklima.Bei der Brennstoffzelle, die erstmaligin einem modernisierten Wohnhauseingesetzt wurde, erreichtendie Zellstapel eine durchschnittlicheStandzeit von zirka 10.000 Stunden(Anfangswert: 2.000 Stunden). DieAnlage läuft vollautomatisch und ermöglichteinen zuverlässigen Betrieb.Dies ist ein entscheidender Faktor füreinen erfolgreichen Markteintritt undden breiten Einsatz von Brennstoffzellen.Innovative Bausteine beim 3-Liter-HausDas 3-Liter-Haus hat eine sehr guteLuftqualität. Diese ist auf den kontrolliertenund permanenten Luftwechseldurch die Lüftungsanlagezurückzuführen. Dabei wird über dieWärmerückgewinnung aus der Abluftdie Zuluft so stark erwärmt, dassein Nachheizen kaum noch nötig ist.Dies wirkt sich positiv auf den Heizenergieverbrauchaus.

LUWOGEDas Wohnungsunternehmen der BASFwww.luwoge.de

Themeninfo I/2009Energieforschung kompaktLatentwärmespeicherin GebäudenWärme und Kälte kompaktund bedarfsgerecht speichernEin Service von FIZ Karlsruhe

2 BINE themeninfo I/2009„“Zur SacheLässt sich Wärme – oder Kälte – direkt in Wänden und Decken speichern? Kann manWärme exakt auf dem Temperaturniveau speichern, auf dem sie später genutzt werdensoll? Und lässt sich der Wärmespeichereffekt zeitlich und in seiner Intensität dosieren?Die Antwort lautet eindeutig: Ja – mit Materialien, die Wärme latent speichern, das heißtauf einem definierten Temperaturniveau und in hoher „Konzentration“. Der englische BegriffPhase Change Materials – kurz: PCM – deutet an, dass es eine Vielzahl von Materialien fürunterschiedliche Temperaturbereiche gibt, mit denen das Wärmemanagement in Gebäudenindividuell auf die jeweiligen Anforderungen zugeschnitten werden kann.Ein Blick in die Vergangenheit zeigt, dass das Thema Latentwärmespeicher nicht neu ist.Wasser ist bei 0 °C ein klassischer Latentwärmespeicher, der bereits seit vielen Jahren inder Kältetechnik eingesetzt wird. Als Alternative zu den traditionellen Warmwasserspeichernsollten Latentwärmespeicher bereits vor vielen Jahren in die Heizungstechnikeingeführt werden, um das Wärmespeichervermögen deutlich zu erhöhen. Neu ist allerdingsdie Idee, Phase Change Materials flächig in Wände und Decken zu integrieren. DasWärmemanagement bzw. die angestrebte Stabilisierung der Raumtemperaturen funktioniertweitgehend passiv, wenn für das nächtliche Abführen der Wärme per Nachtlüftunggesorgt wird. PCM lassen sich auch sehr gut in thermoaktive Bauteilsysteme integrieren.So erhält man aktive Systeme, mit denen das Wärmemanagement nach Wunsch gesteuertwerden kann. Aufgrund der geringen Temperaturdifferenzen beim Heizen und Kühlenwerden Niedrig-Exergie-Systeme realisierbar, die sich durch einen besonders effizientenUmgang mit den Energieressourcen auszeichnen.Niedrig-Exergie-Systeme und -Technologien stehen im Fokus von LowEx – einem Schwerpunktder Forschungsinitiative EnOB des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie(BMWi). Hier werden Systeme für Gebäude, Gebäudetechnik und Energieversorgungentwickelt, die bei der Wärme- und Kälteerzeugung und bei der Wärme- und Kälteverteilungim Raum mit möglichst geringen Temperaturdifferenzen auskommen. Auf diese Weisekönnen auch regenerative Energiequellen genutzt werden – so z. B. die natürliche Kühledes Erdreichs oder des Grundwassers zum Kühlen sowie solare Wärme zum Heizen. EinSchlüssel zu LowEx-Systemen sind Latentwärmespeicher bzw. Phase Change Materials.Mit diesem Themeninfo präsentieren wir deren Entwicklungsstand, aktuelle PCM-Produkteund Einsatzmöglichkeiten. Hinzu kommt eine fundierte Auswertung erster Pilotprojekte.Ihre BINE-Redaktionredaktion@bine.infoImpressumISSN1610 - 8302HerausgeberFIZ Karlsruhe GmbHHermann-von-Helmholtz-Platz 176344 Eggenstein-LeopoldshafenAutorenDr. Harald Mehling, ZAE BayernDr. Peter Schossig, Fraunhofer ISEDoreen Kalz, Fraunhofer ISEFachliche BeratungProf. Dr. Dirk Müller, RWTH AachenRedaktionUwe FriedrichTitelbildGLASSX, Gaston WickyVersion in EnglischDas Dokument finden Sie unterwww.bine.info.Inhalt3 Phasenübergang puffert Wärme6 Baustoffe stabilisieren Raumklima7 Frostschutz für den Apfelbaum10 Aktives Wärmemanagement11 Aus der Praxis: Sanierung einer Druckerei13 Demonstrationsgebäude mit PCM-Kühldecken14 PCM-Konzepte für die Gebäudetechnik15 Aus der Praxis: PCM-Lüftungsgerät im Test17 Im Portrait: Hersteller, Entwickler und Anwender19 Neuartiges Rückkühlkonzept mit PCMUrheberrechtEine Verwendung von Text undAbbildungen aus dieser Publikationist nur mit Zustimmungder BINE-Redaktion gestattet.Sprechen Sie uns an.BINE Informationsdienst wird vomBundesministerium für Wirtschaftund Technologie (BMWi) gefördert.FIZ Karlsruhe, Büro BonnKaiserstraße 185-197, 53113 BonnTel. 0228/92379-0Fax 0228/92379-29bine@fiz-karlsruhe.dewww.bine.info

BINE themeninfo I/20093Phasenübergang puffert WärmeWärmespeicherung ist in vielen Fällen notwendig für den effizientenUmgang mit Energie. Mit Materialien, die Wärme latent speichern,sind angepasste Lösungen für viele Anwendungsbereiche möglich.Entscheidend für den Einsatz ist eine geeignete Konfektionierung derPhase Change Materials, um einen effektiven Wärmeaustausch zuermöglichen. Besonders flexibel sind mikroverkapselte PCM, die inviele Baustoffe und Bausysteme integriert werden können.Abb. 1 Der Einsatz vonPCM dient der Vermeidungvon Spitzentemperaturenim Gebäudeinnernund somit derEinsparung von Kühlenergie.Bei konventionellerNachtlüftungwird die Warmluft imGebäude durch kalteNachtluft ersetzt.Quelle: GLASSX,Gaston WickyWärmespeicherung spielt immer dort eine wichtige Rolle,wo es gilt, Angebot und Nachfrage von Wärme oder Kälteim Zeitverlauf und in der Leistung anzupassen; aber auchdort, wo Versorgungssicherheit und netzunabhängigeVersorgung gewährleistet sein muss. Durch Wärmespeicherungkönnen viele „Wärmequellen“ wie Solarenergieoder Abwärme aus Industrieprozessen und Kraftwerkenwirtschaftlich nutzbar, d. h. verfügbar gemacht werden,wenn sie gebraucht werden. Die Wärmebereitstellungdurch eine Heizungs- oder Solaranlage muss somit nichtauf die maximale Nachfrage ausgelegt, sondern kann anden mittleren Bedarf angepasst werden. Alternativ lassensich die niedrigen Temperaturen in der Nacht zum Kühlenam Tag verwenden.Bedarfsgerechte Wärmespeicherung erfolgt heute üblicherweisedurch Warmwasserspeicher – indem die Temperaturdes gespeicherten Wassers auf die Bedarfstemperaturoder darüber erhöht wird. Die so gespeicherteWärme nennt man sensible Wärme, da es sich um eine„fühlbare“ Speicherung handelt. Wasser für diesen Prozesszu nutzen hat den Vorteil, dass es meist gleichzeitigdas Medium ist, das anschließend auch benötigt wird –z. B. kann es direkt zum Duschen aus dem Speichertankentnommen werden. Zudem ist Wasser in der Regelkostengünstig. Die sensible Wärmespeicherung wird z. B.auch beim Aufheizen der Kacheln eines Kachelofensgenutzt. Diese geben die Wärme über viele Stunden ab –auch wenn das Feuer längst erloschen ist.Latentspeichermaterialien, auch PCM (Phase ChangeMaterials) genannt, speichern große Mengen Wärmedurch einen Phasenwechsel – etwa von fest zu flüssig.Gegenüber konventionellen sensiblen Wärmespeichernermöglichen PCM-Speicher hohe Energiedichten bei weitgehendkonstanter Betriebstemperatur. Die für dasSchmelzen von einem Kilogramm Wasser notwendigeEnergiemenge würde bei einer sensiblen Speicherungzur Temperaturerhöhung auf ungefähr 80 °C führen. So giltfür viele Materialien, dass bei einer Temperaturänderungum wenige Grad (10K) beim Schmelzvorgang gegenübersensibler Speicherung eine bis zu 10-fach höhere Wärmespeicherdichteerzielt werden kann. Abbildung 2 zeigt:Die Speicherung von Wärme ist gewöhnlich mit einerTemperaturerhöhung des Speichermaterials verbunden,die der gespeicherten Wärmemenge proportional ist(blaue Kurve). Bei der „latenten“ (versteckten) Wärmespeicherungerfolgt nach Erreichen der Phasenübergangstemperatureine Zeit lang keine Erhöhung der Temperatur– solange, bis das Speichermaterial vollständiggeschmolzen ist (rote Kurve). Beim Erstarren wird dieeingespeicherte Wärme wieder abgegeben.TemperaturTemperatur desPhasenübergangssensibellatentgespeicherte WärmemengesensibelsensibelAbb. 2 Temperaturverlaufals Funktion dergespeicherten Wärmemengebei sensibler undlatenter Wärmespeicherung.Quelle: ZAE Bayern

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

BINE themeninfo I/20095Abb. 5 Mikroverkapselung.Quelle: Fraunhofer ISE, BASFAbb. 6 Beispiele von PCM-Verbundmaterialien: Mechanisch stabiles,schüttfähiges Granulat der Rubitherm GmbH; PCM-Grafit-Verbund mithoher Wärmeleitfähigkeit.Quelle: ZAE BayernKriterien für die Auswahl geeigneter Materialien sindhierbei Energie- und Leistungsdichten; aber auch Speicherverluste,Kosten und Sicherheit spielen eine wichtigeRolle.Anwendungsmöglichkeiten von PCMDie meisten Anwendungen von PCM mit dem Motiv „Energiesparen“dienen dem Puffern von Temperaturzyklen inGebäuden. Schwerpunkt ist die Vermeidung von Spitzentemperaturenund somit die Einsparung Kühlenergie.Bei konventioneller Nachtlüftung wird die Warmluftim Gebäude durch kalte Nachtluft ersetzt; mit PCM kanndie Wärmekapazität eines Gebäudes erhöht und dadurchdie Nachtkälte in der Gebäudemasse gespeichert werden.Eine weitere wichtige Anwendung sind Speicher,die zur Unterstützung der Gebäudeheizung eingesetztwerden.Generell lassen sich folgende Anwendungen von PhaseChange Materials in Gebäuden unterscheiden:• PCM in die Gebäudestruktur integriert(Wand, Decke)• PCM in sonstigen Gebäude-Komponenten(z. B. Fassadenelement)• PCM in separaten Wärme- und KältespeichernDie ersten beiden Anwendungen sind passive Systeme,die die gespeicherte Wärme oder Kälte automatisch abgeben.Das dritte System benötigt aktive Komponenten –wie Lüfter und Pumpen – sowie eine Regelung. Sie bietetjedoch den Vorteil, dass die gespeicherte Wärme oderKälte bei Bedarf gezielt abgerufen werden kann. Abhängigvom Einsatzbereich werden PCM mit unterschiedlichenPhasenübergangstemperaturen eingesetzt. Bevorzugtwerden in Gebäuden Speichertemperaturen von 0 °C bis40 °C, mit Ausnahme der Warmwasser- und Heizwasserbereitungmit Temperaturen zwischen 50°C und 60 °C.Die Integration von PCM in die Gebäudestruktur ist aufden Temperaturbereich von 21 °C bis 26 °C fokussiert.Eisspeicher mit ihrer im Vergleich zu Kaltwasserspeichernum ein Vielfaches höheren Speicherdichte sind heute inder Gebäudeklimatisierung und bei der Nutzung industriellerProzesskälte Stand der Technik. Aufgrund ihrerEinbindung in das Kühlsystem über einen Solekreislaufmit Pumpe können die Speicher aktiv angesteuert werden,um sie gezielt zu be- und entladen sowie ihre Leistungzu regeln. Eine weitere Möglichkeit zur aktiven Einbindungbilden luftführende Heiz- und Kühlsysteme.Zur passiven Temperaturstabilisierung hingegen werdenPCM ohne äußere Steuerung eingesetzt. Ein Beispieldafür ist der Einsatz makroverkapselter PCM in Transportboxenfür temperaturempfindliche Güter wie Pharmazeutikaund Blutplasma. In den letzten Jahren wurdevermehrt auch PCM in Bekleidung eingebracht. Hierpuffern PCM kurzzeitig überschüssige Wärme und reduzierendas Schwitzen; oder sie nutzen gespeicherteWärme, um Frieren zu verhindern. Für diese Fälle wirdzumeist mikroverkapseltes PCM mit dem Bekleidungsstoffkombiniert.Dieser Ansatz wird seit einigen Jahren auch zur passivenTemperaturstabilisierung in Gebäuden eingesetzt.Verglichen mit der Wärmespeicherfähigkeit von Baumaterialienwie Gips, Holz, Zement oder Steinen – dieim Bereich von 0,8 bis 1,5 kJ/kg in einem 1 °C Intervallliegen – können PCM beim Schmelzen ein Vielfaches anWärme speichern. Zumeist werden mikroverkapselte PCMin Baumaterialien eingebracht.Ein weiteres Anwendungsfeld ergibt sich aus bereits etablierterGebäudetechnik: So werden Gebäude mit bauteilintegriertenRohrregistern gekühlt, um das Raumklimakomplett oder unterstützend zu konditionieren. Diesethermoaktiven Bauteilsysteme (TABS) lassen sich kombiniertmit konventionellen Heizsystemen (Heizkörpern)sowie natürlicher oder maschineller Lüftung einsetzen.Bei dieser Anwendung ersetzen sie eine konventionelleGebäudekühlung. Bei rein passiven Systemen – oderauch im Falle der TABS – sollte aufgrund des schlechtenWärmeübergangs zur Luft eine große Wärmeübertragerflächezur Verfügung stehen. Bei aktiven Systemen istdies nicht notwendig, denn bereits eine geringe Bewegungder Luft erhöht den Wärmeübergang und damit dieLeistungsfähigkeit des Systems um ein Vielfaches.

6 BINE themeninfo I/2009Abb. 7 Moderne Architekturzeichnet sich immermehr durch leichteKonstruktionen und energieoptimiertePlanung aus –ohne dass auf Komfortverzichtet werden muss.In Baustoffe integriertePCM – z. B. in Form vonGipsbauplatten – sorgenper Temperaturausgleichfür ein gutes Raumklima.Quelle: BASFBaustoffe stabilisieren RaumklimaDie Wärmekapazität von Gebäuden in Leichtbauweise kanndeutlich erhöht werden, indem Latentwärmespeicher in die Oberflächeder Bausubstanz eingelagert werden. Der Effekt: Eine verbesserte„passive“ Gebäudekühlung und Innentemperaturregulierung – unddamit Energieersparnis und Komfortzuwachs. Baustoffe mit PCM zurpassiven Gebäudekühlung sind bereits marktverfügbar.In Gebäuden mit freiliegenden, massiven Betonwändenoder Mauerwerk ist es im Sommer oft angenehm kühl.Dieser Kühleffekt wird durch die hohe Wärmekapazitätder Bausubstanz ermöglicht. Massive, freiliegendeGebäudeteile fungieren als Wärmepuffer – sie könnentagsüber Wärme aufnehmen und diese während derNacht wieder abgeben. In Gebäuden mit geringer Wärmekapazität– in Leichtbauweise z. B. mit Bauteilen ausHolz oder Gipskarton errichtet – steigt die Raumtemperaturdagegen schnell.Wärme- und Kälteschutz in Gebäuden vollzieht sich allgemeindurch ein Zusammenwirken von Wärmespeicherungin der Gebäudemasse und geeigneten Dämmmaßnahmen:Die Wärme wird von der Gebäudemasseohne weitere technische Vorrichtung aufgenommen bzw.abgegeben. Daher nennt man sie „passive Temperaturstabilisierung“.Aufgrund der hohen Speicherfähigkeitin einem schmalen Temperaturbereich eignen sich PCMhervorragend dazu, die Fähigkeit unterschiedlichsterMaterialien zur passiven Temperaturstabilisierung zu verbessern.Dieser Effekt wird deshalb seit einigen Jahrenauch in der Gebäudetechnik kommerziell eingesetzt.Den Grundstein für viele der im Folgenden dargestelltenEntwicklungen und Produkte bilden die Arbeiten der Forschungsprojekte„Innovative PCM-Technologie“ und„Mikroverkapselte Latentwärmespeicher“. Die Forschungsarbeitenzu PCM-Technologieanwendungen wurdenmittlerweile im BMWi-Förderkonzept EnOB gebündelt.Zum Einsatz von PCM in Gebäuden wurden die dreiFälle „Einbringen in den Außenputz, ins Mauerwerk undin den Innenputz“ untersucht. Für jeden dieser Fälle wurdenwiederum die Schmelztemperaturen im Hinblick aufden Anwendungsfall und die eingebrachten Mengen inSimulationsstudien variiert.Bewertet wurden die Aspekte der Energieersparnis, derKomfortsteigerung und bei den Außenanwendungen desBauteilschutzes. Aufgrund der deutlich geringeren Wärmeströmeund des direkten Einflusses der Oberflächentemperaturenauf das Komfortempfinden der Nutzer istder Einsatz von PCM im Innenbereich am vielversprechendsten.Werden PCM in unserer Klimazone eingesetzt,so sind die Heizenergieeinsparungen bei den üblichenWohn- und Bürobauten bisher noch zu gering.Andererseits wird durch den Einsatz von PCM in Baustoffenjedoch der Nutzungskomfort in Gebäuden im Sommerdeutlich verbessert. Und zusätzlich kann bei geeigneterGebäudeplanung unter Umständen auf weitere Maßnahmenzur Kühlung verzichtet werden.Vielversprechend ist der Einsatz von PCM in Leichtbauten;hier insbesondere Bürobauten aufgrund des stärkerschwankenden Tag/Nacht-Lastprofils. Der Schmelzpunktsollte so gewählt werden, dass Temperaturen über 26°Czeitlich stark beschränkt und über 28 °C möglichst ganzvermieden werden. Dies erfordert den größten Teil derSchmelzwärme unter 25 °C. Eine nächtliche Entladungdes Speichers ist für die Funktion des Systems unabdingbarund durch geeignete Maßnahmen sicherzustellen.Generell müssen die auftretenden Lasten in einemsinnvollen Verhältnis zur Speicherfähigkeit des Systemsstehen. Es ist also auf ausreichend verfügbare, unverstelltePCM-Flächen zu achten. Ein Sonnenschutzsystemkann durch diese Materialien nicht oder nur bei sehrgeringer Einstrahlung ersetzt werden.

BINE themeninfo I/20097Aus der PraxisPrototyp Wohnen 2015En passantAbb. 10 Frostberegnungvon Apfelbäumenim AltenLand bei Hamburg.Frostschutz für den ApfelbaumAbb. 8 Nordost-Ansicht des Prototyps Wohnen 2015.Quelle: TU Darmstadt, KubinaDer von Studenten der TU Darmstadt konzipierte Solarhaus-Prototyphat im Jahr 2007 den internationalen Wettbewerb "Solar Decathlon"um das attraktivste und energieeffizienteste Solarhaus in denUSA gewonnen. Das energieautarke Gebäude wurde auf demCampus der TU Darmstadt erbaut und nach Fertigstellung in dieUSA transportiert. Das Haus ist ein Holzleichtbau mit geringererWärmespeichermasse gegenüber Gebäuden in Massivbauweise. Esumfasst 80 Quadratmeter Grundfläche. Um höchsten Wohnkomfortmit niedrigstem Energieaufwand zu vereinen, wurde eine kompakteund hochgedämmte Gebäudehülle gewählt. In die Wände wurden50 Quadratmeter einer PCM-haltigen Gipsbauplatte der BASF integriert.Hinzu kamen 50 Quadratmeter aktive, wasserdurchströmtePCM-Kühldeckenelemente der Firma Ilkazell.Im Energiekonzept des Darmstädter Gebäudeprototyps trug derPCM-Einsatz entscheidend dazu bei, die geforderte konstante Innentemperaturdes Gebäudes zu halten. Um die im geschmolzenenWachs gespeicherte Wärme aus dem Haus zu transportieren,setzen die Studenten ein ausgeklügeltes System ein: Aus einemWassertank leiten sie tagsüber 16 °C kaltes Wasser durch dieKühldeckenelemente und können dadurch den Raum aktiv kühlen.Nachts leiten sie das erwärmte Wasser auf die außen auf dem Dachangebrachten Photovoltaik-Module, wo ein Teil verdunstet. Diedabei anfallende Verdunstungskälte kühlt das restliche Wasserwieder ab, das zurück in den Wassertank geführt wird. Durch denEinbau der 15 mm starken PCM-Gipsbauplatten lässt sich imDarmstädter Leichtbau genau so viel Wärme speichern wie miteiner 90 mm starken Betonwand.Da Pflanzen keine eigene Körperwärme aufweisen, sind sieniedrigen Umgebungstemperaturen direkt und meist ohneAbwehrmöglichkeit ausgesetzt. Es gibt allerdings Pflanzen imHochland der südamerikanischen Anden, die Wasser ineinem Hohlraum ihres Stammes speichern und zur Abwehrvon Frostschäden nutzen. In kalten Nächten beginnt diesesWasser zu gefrieren und setzt somit die Kristallisationswärme –auch Erstarrungswärme – frei, die das weitere Abkühlen unddamit das Einfrieren der Pflanze verhindert.Der Mensch nutzt heute denselben Ansatz: Um Obstbäumevor Frostschäden zu bewahren, werden diese in kalten Nächtenkünstlich mit Wasser besprüht. Die Beregnung bewirkt, dassdie Blüten und Knospen mit einer Eisschicht überzogen werden.Der Frostschutz-Effekt entsteht durch die Abgabe vonWärme zum Zeitpunkt der Erstarrung (Gefrieren) des Wassersauf den Blüten. Durch die fortdauernde Benetzung wird einständiger Gefrierprozess erzeugt, der eine konstante Temperaturvon 0,5 °C im Inneren des Eispanzers gewährleistet.Die Knospen bzw. Blüten werden damit vor dem Erfrierengeschützt.Quelle: Obsthof Axel Schuback, www.apfelpatenhof.deAbb. 9 Innenansicht: Der Einsatz von PCM-Gipsbauplatten trug nebenKühldeckenelementen entscheidend dazu bei, die geforderten konstantenInnenraumtemperaturen zu erreichen.Quelle: TU Darmstadt, Christian Stumpf

8 BINE themeninfo I/2009Abb. 12 PCM Gipsbauplatte von Knauf.Quelle: ZAE BayernAbb. 13 Gipsinnenputz mit PCM.Quelle: Maxit DeutschlandAbb. 14 PCM-Platte von DuPont Energain.Quelle: ZAE BayernBaustoffe mit PCMIm Rahmen der Entwicklungsarbeiten am Fraunhofer ISEwurden in Zusammenarbeit mit Industriepartnernverschiedene PCM-Baustoffe entwickelt und in Testräumenunter realem Außenbezug vermessen. Abbildung11 zeigt das Potenzial eines PCM-Baustoffs zur Temperaturreduktionin Gebäuden unter optimalen Bedingungen.Eingesetzt wurde hier ein PCM-Gipsputz, der in einerSchichtstärke von 15 mm auf Wände und Decken aufgetragenwurde. Am Tag 1 (Idealfall) wurde der PCM-Speicher nur leicht überladen und es konnte ein Temperaturunterschiedvon bis zu 3,5 K zwischen Referenz- undPCM-Raum gemessen werden. Die folgenden Tagezeigen, dass vor der Verwendung von PCM-Baustoffenin der Regel weitere Wärmeschutzmaßnahmen – wie eineVerschattung oder die Optimierung innerer Lasten –erfolgen sollte. Hinzu kommt, dass insbesondere inwarmen Nächten nicht auf eine mechanische Lüftung zurRegenerierung des Wärmespeichers verzichtet werdenkann. Ist die Entladung des PCM nicht gewährleistet,so kann eine Überhitzung am Folgetag nicht sicher vermiedenwerden.Einige Produkte zur passiven Gebäudekühlung sindbereits marktverfügbar und werden hier kurz vorgestellt.Dabei wird unterschieden in Produkte auf Basis mikroverkapseltersowie makroverkapselter PCM:• Gipsplatte: Knauf PCM SmartboardFür Trockenbau-Anwendungen verfügbarePCM-Gipskartonplatte mit rd. 30% MassenanteilPCM bei einer Schichtdicke von 15 mm.Verfügbare Schmelzbereiche: 23 °C und 26 °C;Speicherkapazität latent rd. 90 Wh/m 2 ;Herstellung und Vertrieb: Knauf Gips KG.• Gipsputz: MaxitGips-Maschinenputz mit rd. 20% MassenanteilPCM bei einer Schichtdicke bis zu 15 mm. Der Putzkann zusätzlich auch über wasserführende Systemeaktiviert werden. Verfügbare Schmelzbereiche:21 °C, 23 °C und 26 °C; Speicherkapazität latentrd. 70 Wh/m 2 ; Herstellung und Vertrieb:Maxit Deutschland GmbH.Temperatur [°C]363432Luft ReferenzLuft PCMSchicht 1Schicht 2Schicht 330282624222027/07 28/07 28/07 29/07 29/07 30/0712:00 00:00 12:00 00:00 12:00 00:00Abb. 11 Messung zweierTesträume mit 15 mmPCM-Gipsputz auf allenopaken Innenflächen –außer dem Boden.Unter idealen Bedingungenkann eine Temperaturreduktionvon rd. 3,5 Kdurch das PCM erzielt werden.Quelle: Fraunhofer ISE

BINE themeninfo I/20099Abb. 15 Beispiele von PCM-Komponenten: PCM-Kühldecke, PCM-Sonnenschutz, Fassadenbauelement GLASSXcrystal.Quelle: Dörken, ZAE Bayern, GLASSXIm Gegensatz zu den bisher beschriebenen Baumaterialien,in die mikroverkapselte PCM als Zuschlagstoffeingebunden sind, entwickelte die Firma DuPont einePlatte, in der Paraffin in eine Kunststoffmatrix integriertist.• Integrierter Speicherbehälter:DuPont Energain ® hat eine Dicke von 5 mmund ein Gewicht von rund 4,5 kg/m 2 . Etwa 60%der Masse ist Paraffin, das einen Schmelzbereichvon 18 °C bis 22 °C besitzt. Die Platten wurden ineinem Gebäude der Universität Lyon getestet,wobei zwei identische Räume jeweils mit undohne PCM-Platten ausgestattet waren.GebäudeintegrationDie bisher beschriebenen Baumaterialien nutzenüberwiegend mikroverkapselte PCM als Zuschlagstoff.Daher ist es möglich, diese Baumaterialien in nahezubeliebigen Mengen und Formen ins Gebäude zu integrieren.Die Verarbeitung unterscheidet sich nicht vonder konventioneller Baustoffe. Die geschilderten Ansätzezur Integration von PCM sind bisher lediglich für Paraffineoder Fettsäuren technisch ausgereift. Im Gegensatz zuBaumaterialien können die PCM-Komponenten komplettvorgefertigt werden, sodass bei der Installation keinerleiBearbeitung notwendig ist. Daher ist es möglich, bei derHerstellung solcher Komponenten makroverkapselte PCMeinzusetzen – z. B. von Salzhydraten.Anwendungsbeispiele von PCM-Komponenten zeigtAbbildung 15: Erstes Beispiel ist die Integration von PCMin einer Decke – wobei das PCM vor allem zur Kühlungdes Raumes eingesetzt werden soll. Die Firma Dörkenverwendet hierzu verkapselte Salzhydrate. Erhöht sichdie Lufttemperatur im Raum, so steigt die warme Luftnach oben, schmilzt das PCM und wird dadurch wiederumgekühlt. Dabei können maximale Kühlleistungenvon 40 W/m 2 bis 45 W/m 2 erreicht werden. Zum Abführender Wärme in der Nacht wird allerdings eine aktiveVentilation empfohlen. Die Ventilatorleistung ist in derEnergiebilanz zu berücksichtigen.Ein weiterer interessanter Ansatz, PCM in Gebäudekomponentenzu integrieren, ist ein PCM-Sonnenschutzverbundsystem.Ein solches System wurde von der FirmaWarema in Zusammenarbeit mit dem ZAE Bayern innerhalbeines vom BMWi geförderten Projekts entwickelt.Ein innenliegender Sonnenschutz dient im Allgemeinendazu, das Sonnenlicht zu reduzieren. Dabei heizt sichder Sonnenschutz jedoch auf und gibt diese Wärme anden Raum ab. Die Integration von PCM in den Sonnenschutzführt zu einer geringeren oder verzögerten Erwärmungdes Raumes. Untersuchungen an Labormusternhaben ergeben, dass das Maximum der Behangtemperaturum 3 Stunden verschoben wird und der Raum 2°Ckühler bleibt. Die Strahlungsasymmetrie lässt sich um6 °C verringern. Wie in allen anderen Anwendungen istjedoch eine Wärmeentsorgung durch Nachtlüftung notwendig.Dieser Ansatz wird z. Zt. im Projekt PCM-Demo inrealen Installationen untersucht.Das transparente Fassaden-Bauelement der Firma GLASSXist ein passives System, das vorwiegend zum Heizen,aber auch zum Kühlen eines Raumes dient. Es bestehtaus mehreren Schichten: Eine PCM-Schicht auf der demRaum zugewandten Seite speichert die Wärme der einfallendenSolarstrahlung. Eine Mehrfachverglasung ander Fassade verhindert Wärmeverluste und ein dazwischenbefindliches Prismenglas lässt die Sonnenstrahlungnur bei flachem Einstrahlungswinkel passieren (alsoim Winter) – und schützt somit den Raum im Sommervor Überhitzung. Ein keramischer Siebdruck auf der Rauminnenseitelässt dem Architekten Gestaltungsfreiheit inder Farbwahl. Das System wurde bisher in etwa einemDutzend Gebäude in der Schweiz installiert. Das Titelbilddieses Infos zeigt den Einsatz der PCM-Wärmespeicherin der Fassade eines Altersheims.

10 BINE themeninfo I/2009Abb.16 PCM-Deckenkühlpaneelein einemGroßraumbüroQuelle: Julia Schmidt/Deutscher DruckerAktives WärmemanagementMit aktiven, wasserdurchströmten PCM-Systemen lässt sich derWärmespeichereffekt zeitlich und in seiner Intensität steuern.Über flächige Bauteile können Kältebedarf und Kältebereitstellungzeitlich entkoppelt werden. In verschiedenen Demonstrationsobjektenkamen bereits PCM-Kühldecken zum Einsatz.Abb. 17 SchematischeDarstellung von aktivenPCM-Systemen zumKühlen.Quelle: ZAE BayernPassive Kühlkonzepte – insbesondere in Kombinationmit PCM – unterliegen im Wesentlichen zwei Restriktionen,die den Einsatz behindern können: Zum einenlimitiert der Wand-Luft-Wärmeübergang die Wärmemenge,die in einem 24-h-Zyklus beladen und vor allemauch wieder entladen werden kann. Ein Verdoppeln derPutzschicht führt hier nicht automatisch zu einer doppelthohen, real nutzbaren Wärmespeicherkapazität. Zweitensist die einzig verfügbare Kältequelle die Nachtluft.Gerade in heißen Sommernächten kann dies dazu führen,dass der Latentwärmespeicher nicht entladen werdenkann und somit am nächsten Tag nicht mehr zur Verfügungsteht. Die gespeicherte Wärme lässt sich jedocheffizient und sicher über Kühlwasser-Kreisläufe abführen.Diese Systeme können in die Wand oder die Deckeintegriert oder auch als abgehängte Deckenelementeinstalliert werden. Zum Heizen werden sie in Wand oderFußboden integriert.KühlwasserPCMInnovative Flächenkühl- und -heizsystemeIm Forschungsprojekt „PCM-Aktiv“ untersuchte das FraunhoferISE in Zusammenarbeit mit Projektpartnern aktivdurchströmte Flächenkühlsysteme in Kombination mitPCM-Baustoffen. Ziel der Arbeiten war zunächst die Entwicklungeiner wasserdurchströmten Kühldecke – basierendauf den verfügbaren PCM-Baustoffen. Das PCM inder Kühldecke ermöglicht hierbei, dass ein Großteil derWärme – die bei konventionellen Systemen aktiv abgeführtwerden muss – passiv zwischengespeichert werdenkann. Nur der verbleibende Überschuss muss aktiv abgeführtwerden. Außerhalb des Schmelzbereichs bleibt dieschnelle Reaktionsfähigkeit einer dünnschichtigen Kühldeckejedoch erhalten. Ein weiterer Vorteil von PCM inKühldecken ist, dass Kälteleistung akkumuliert werdenkann. Konventionelle Kühlanlagen müssen so ausgelegtwerden, dass sie die Spitzenlast abfangen können. PCMermöglichen durch die Kältespeicherung jedoch einekleinere Dimensionierung der Kälteanlage. Außerdemlassen sich zusätzliche Kältequellen einsetzen, die nureine geringe Kälteleistung aufweisen. Ein Beispiel hierfürsind Umweltwärmesenken wie z. B. Erdsonden.Kühldecken lassen sich bedarfsgerecht betreiben, so dasssie zu energetisch oder wirtschaftlich sinnvollen Zeitenmit Kälte beladen werden. Eine der zentralen Fragestellungenim Projekt „PCM-Aktiv“ war die Bestimmung des optimalenSchmelzbereichs von PCM. Während für passiveAnwendungen der Schmelzbereich am oberen Ende desKomfortbereichs des Menschen liegen muss, sollte er beiaktiven Systemen so gewählt werden, dass die Deckeenergetisch hocheffizient betrieben werden kann. In mehrerenVersuchsreihen und Simulationsstudien hat sichbisher gezeigt, dass ein Schmelzbereich zwischen ca.

BINE themeninfo I/200911Aus der PraxisSanierung einer Druckerei: Kühlen mit Umweltenergie inKombination mit thermoaktiven Bauteilsystemen und PCMAbb. 18 Druckerei Engelhardt & Bauer inKarlsruhe nach umfangreicher Sanierung.Quelle: Patrick BeuchertDas Verwaltungsgebäude der Druckerei Engelhardt&Bauer inKarlsruhe ist eine Gewerbeimmobilie aus den 70er Jahren, dietypische Schwachstellen wie zum Beispiel hohen Energieverbrauch,unzureichendes Tageslicht und thermische Unbehaglichkeit aufwies.Der nun sanierte und um ein Stockwerk erweiterte Flachbau(Nutzfläche von 900 m 2 , umbautes Volumen 3.000 m 3 ) hat Vorbildcharakter:Es wurde eine architektonisch ansprechende Lösungfür ein Gebäude in Leichtbauweise mit hohem Glasanteil untermarktüblichen Bedingungen umgesetzt.Eine Möglichkeit, thermische Masse bei wenig Gewicht in das Leichtbaugebäudeeinzubringen, besteht in der Nutzung von PCM. Erstmaligkamen im Obergeschoss 260 m 2 Deckenkühlpaneele derFirma ILKAZELL zum Einsatz, die den Latentwärmespeicher vonBASF in Form eines handelsüblichen SmartBoard (Schmelztemperatur22 °C) mit einer aktiven Kühlung über Kapillarrohrmatten verknüpfen.Die zur Verfügung stehende Fläche für die PCM-Kühldeckeist durch die Gebäudegeometrie vorgegeben, wodurch die übertragbareGesamtleistung auf ca. 12 kW begrenzt ist. Im Untergeschosswerden verputzte Kapillarrohrmatten an der vorhandenen Betondeckeals schnelles, ergänzendes System mit einer Leistung vonrund 10 kW eingesetzt.Der thermische, visuelle und akustische Komfort konnte gegenüberder bestehenden Situation deutlich verbessert und der Energiebedarfzum Heizen, Kühlen, Lüften sowie für die Beleuchtung um50% reduziert werden. Die vorhandenen Splitgeräte für die Kältebereitstellungwerden dabei durch eine energieeffiziente Kühlungmit thermoaktiven Bauteilsystemen ersetzt. Als natürliche Wärmesenkedient das Erdreich, das mittels 13 Erdwärmesonden mit einerTiefe von 44 m erschlossen wird. Trotz der Stahl-Leichtbauweisedes Gebäudes wird damit ein stabiles Raumklima im Sommergewährleistet. Für das Betriebsjahr 2008 beträgt die über PCM-Deckenkühlpaneele bereitgestellte Energie 80 kWh/m 2 Deckea. Nebender richtigen Anlagendimensionierung und Wahl der einzelnenKomponenten ist die Regelung des Systems entscheidend für einenenergieeffizienten Betrieb.

12 BINE themeninfo I/2009Abb. 19 Kühldeckensystem mit PCM (Ilkatherm).Quelle: Sven MeyerAbb. 20 PCM-Estrich-Fußbodenheizung.Quelle: Maxit Deutschland19 °C und 22 °C für Kühldecken ideal ist. Er ermöglichtsowohl das Entladen in der Nacht mit relativ hohenVorlauftemperaturen im Kühlkreis – wie sie bei Umweltwärmesenkenauftreten können – als auch ein Betreibender Kühldecken mit maximalen Oberflächentemperaturenvon rd. 23 °C. Messungen der Kühlleistung bestätigen,dass – wie erwartet – keine wesentlichen Unterschiede zukonventionellen Putzkühldecken mit Kapillarrohrmattenbestehen.Die zweite zentrale Fragestellung: Wie lässt sich einePCM-Kühldecke regeln mit dem Ziel, bei Einhaltung derKomfortkriterien eine energieeffiziente Steuerung derDecke zu erreichen. Dazu sind deren Betriebsstundenzu minimieren, aber auch Volumenströme und Kühlwassertemperaturenzu berücksichtigen, die sich je nachverwendeter Wärmesenke unterscheiden können. Anunterschiedlichen Test-Kühldecken werden derzeit Untersuchungenzur Betriebsführung vorgenommen. Dazuwerden auch Kühldecken in realen Gebäuden – z. B. amFraunhofer ISE in 5 Büros mit insgesamt 100 m 2 Deckenfläche– eingesetzt.Als erstes aktives Kühlsystem am Markt wird von derFirma Ilkazell die Ilkatherm ® -Kühldecke vertrieben. Siebasiert auf der PCM-Gipsplatte, die auf der raumseitigenOberfläche eines PU-Sandwich-Verbundes aufgeklebtwird. Zur Aktivierung wurden Kapillarrohrmatten zwischenSmartboard und Rückseitenisolation eingebracht.Das System wurde bereits in einem Demonstrationsgebäude– der Druckerei Engelhardt & Bauer in Karlsruhe –kombiniert mit Erdsonden als Wärmesenke eingesetzt.Die Kühldecke ist modular aufgebaut und kann vollflächigals abgehängte Decke oder als einzeln hinterlüftetesDeckenelement eingesetzt werden.Als Flächenheizung wurde in Zusammenarbeit mit MaxitDeutschland ein Estrich-Fußbodenheizsystem entwickelt.Als PCM wurde Micronal ® von BASF verwendet. Der thermischeVorteil durch den zusätzlichen PCM-Einsatz istaufgrund der ohnehin schon sehr hohen Speicherfähigkeitdes Estrichsystems jedoch eher gering. Vorteilhaft ist,dass die Schichtdicke der Fußbodenheizung gegenübereiner konventionellen Estrich-Fußbodenheizung rd. 25%geringer ausfallen kann.Neben den Tests von Produkten in Labortesträumen istauch eine Prüfung unter praxisnahen Bedingungen notwendig.Denn zum einen benötigen die Hersteller belastbareDaten, wie effizient ihre Produkte unter realen Bedingungentatsächlich sind. Zum anderen wünschen dieAnwender neben den technischen Daten auch Anschauungsobjekte,die zeigen, wie PCM architektonisch undgebäudetechnisch in einen Leichtbau integriert werdenkönnen.Nach der erfolgreichen Entwicklung von Komponentenund Materialien geht es nun darum, die Akzeptanz vonPlanern und Nutzern gegenüber PCM im Gebäudebereichzu erhöhen und speziell bei Architekten ein Bewusstseinfür PCM als energiesparende Alternative oder Ergänzungzu aktiver Klima- und/oder Heiztechnik zu schaffen. Forschungsgegenstandist deshalb zur Zeit der „PraxisnaheTest der Performance von Gebäudekomponenten mit PCMin Demonstrationsobjekten“ (BMWi-Projekt „PCM-Demo“).Im Teilprojekt „Wasserdurchströmte Kühldecken mit PCM“wird eine Kombination aus makroverkapselten PCM undwasserdurchströmter Kühldecke untersucht. Abgehängtewasserdurchströmte Kühldecken erreichen hohe Kühlleistungen(max. 100 W/m 2 ) bei kurzen Ansprechzeiten.Sie erfordern dadurch jedoch oft hohe Spitzenlasten beider Kältebereitstellung. Durch die Integration von PCMlässt sich tagsüber zu Zeiten der Kühllastspitzen eine reinpassive Grundkühlleistung von rund 40 W/m 2 sicherstellen.In der Nacht wird das PCM dann durch kühlesWasser regeneriert. Auf diese Weise lassen sich tagsüberLastspitzen vermeiden und die Kühllast wird vergleichmäßigt.Vor allem bei der Kältebereitstellung über oberflächennaheGeothermie (Erdsonden) ergeben sich Vorteile,da die Erdsonden auf die Spitzenlasten ausgelegtwerden müssen. Kombiniert man das PCM-System mitkonventioneller Technik (PCM-Module nur in Teilbelegung)behält man auch weiterhin die Vorteile kurzer „Ansprechzeiten“und muss nur noch Spitzenlasten abfangen, dieüber die Grundlast hinausgehen. Der aktuelle Stand derUntersuchungen wird ab Herbst 2009 der Fachöffentlichkeitpräsentiert.

BINE themeninfo I/200913Aus der PraxisDemonstrationsgebäude mit PCM-KühldeckenAbb. 21 Kühldecke DAW mitKaltwassersatz als Wärmesenke.Quelle: Fraunhofer ISEIm Rahmen des Projektes „PCM-Aktiv“ wurden zwei unterschiedlichePCM-Kühldeckensysteme in Demonstrationsgebäuden realisiert.Im Laborgebäude der Deutschen Amphibolin Werke (DAW) in Ober-Ramstadt – mit rund 100 m 2 Deckenfläche – basiert die Kühldecke aufeiner 1 cm dicken Schicht PCM-Spachtelmasse mit ca. 40% PCM-Anteil,deren Rückkühlung mit einem außenaufgestellten Kaltwassersatzerfolgt. Damit sollte demonstriert werden, dass auch konventionelleKältetechnik von der Kombination mit einer PCM-Kühldecke profitierenkann. Ausgenutzt werden hier vor allem die reduziertenBetriebsstunden der aktiven Kühlung sowie die Verschiebung derRückkühlung in kühlere Nachtstunden.In fünf Büros am Fraunhofer ISE in Freiburg (ebenfalls ca. 100 m 2Deckengesamtfläche) wurde eine PCM-Kühldecke mit einerKraft-Wärme-Kälte-Kopplungs-Anlage (KWKK) als Wärmesenkerealisiert. Diese Anlage besteht aus einem BHKW, das zur Stromerzeugunggenutzt wird. Dessen Abwärme wird über Adsorptionskältemaschinenin Kälte umgewandelt und an die Verbraucher abgegeben.Die Kälteanlage (mit ca. 11 kW thermischer Leistung) versorgttagsüber nach Bedarf ein Großraumbüro über Heiz-/Kühlkonvektoren.Ausschließlich nachts werden die 5 PCM-Kühldecken mitKälte beladen, um am folgenden Tag dieselben Büroflächen passivzu kühlen. Die Kombination zweier alternierend betriebener Verbraucherführt zu einer deutlich besseren Auslastung des BHKW –ohne große Wasserwärmespeicher vorhalten zu müssen. Diegekühlte Bürofläche kann deshalb bei gleich dimensionierter Kälteanlageverdoppelt werden. Abbildung 23 belegt das prinzipielleFunktionieren dieses Konzepts im Sommer 2008. Aufgezeichnetwurden die Raum-, Putz- und Wassertemperaturen in einem derBüros. Bei einer Außentemperatur von bis zu 30 °C wird der Raumkomfortmit einer Maximaltemperatur von 25 °C eingehalten. Gleichzeitigreicht der PCM-Speicher aus, um den kompletten Tag passivzu überbrücken. Erst gegen 15:00 Uhr verlassen die Deckentemperaturenden Schmelzbereich des PCM (grau hinterlegt).KWKK-AnlageBHKW(Wärmeerzeugung)Pufferspeicher(Heißwasser-Vorlauf)Adsorptionskältemaschine1(Kaltwassererzeugung)Pufferspeicher(Heißwasser-Rücklauf)Adsorptionskältemaschine2(Kaltwassererzeugung)Pufferspeicher(Kaltwasser)PCM-Kühldecken(Verbraucher)Betrieb: 19.00 -7.00 UhrKonvektoren(Verbraucher)Betrieb: 7.00 -19.00 UhrVorlauf HeißwasserRücklauf HeißwasserVorlauf KaltwasserRücklauf KaltwasserTemperatur [°C]32302826242220181614Komfortgrenztemperaturoperative Temperatur16/0702:00Außentemperatur16/0706:00Schaltsignal16/0710:00SchmelzbereichPutztemperatur OberflächePutztemperatur RückseiteDeckentemperatur16/0714:0016/0718:0016/0722:00Raumtemperaturoperative TemperaturVorlauftemperaturAußentemperatur10Abb. 22 KWKK-Anlage realisiert am Fraunhofer ISE zur Kühlung eines Großraumbürosüber Kühl-/Heizkonvektoren und 5 Büros über PCM-Kühldecke.Quelle: Fraunhofer ISEAbb. 23 Temperaturverlauf in einem PCM-gekühlten Büro.Quelle: Fraunhofer ISE

14 BINE themeninfo I/2009Abb. 24 InnovativeKonzepte zur Raumkühlungschaffen eingutes Klima – auch inWerk- und ArbeitsstättenQuelle: LichtblauArchitektenPCM-Konzepte für die GebäudetechnikSpeichersysteme zur Raumkühlung und Heizung mitunterschiedlichen Wärmeträgerfluiden sind energetischsehr effizient und zum Teil bereits in Produkte umgesetzt.Mit PCM-Slurries als flüssigen, pumpfähigen Speichermedienkönnen zusätzlich große Wärmespeicherkapazitätenerreicht werden.In innovative Gebäudelösungen eingebundene WärmeundKälte-Speicher beruhen im Wesentlichen auf dreiverschiedenen Konzepten. Abbildung 26 führt links dasbekannteste System auf, bei dem sich das Speichermaterialin einem Speichertank befindet und das Wärmeträgerfluid(WTF) durch Kanäle in einen Wärmeübertragerströmt. Beim zweiten Konzept befindet sich das PCMmakroverkapselt in PCM-Modulen, die im Speicherbehälterpositioniert sind und vom Wärmeträgerfluidumströmt werden. Im dritten Konzept ist das PCMBestandteil des Wärmeträgerfluids und erhöht dessenFähigkeit, Wärme zu speichern. Es kann somit an jedenbeliebigen Ort im System gepumpt werden – wo es direktWärme freisetzt oder aufnimmt. Wärmeträgerfluid undPCM bilden zusammen ein pumpfähiges Speichermedium– auch als „PCM-Slurry“ bezeichnet.Während für die ersten beiden Konzepte Luft sowieWasser oder andere Flüssigkeiten als Wärmeträgerfluideingesetzt werden können, eignet sich Letzteres lediglichfür Flüssigkeiten.Systeme mit Wärmeübergang an LuftSpeicher in thermisch aktivierten Bauteilen (TABS) nutzenraumseitig lediglich die freie Konvektion der Luftsowie den Strahlungsaustausch zur Wärmeübertragung.Sie sind daher in ihrer Leistung eingeschränkt. Dies giltbesonders in Zusammenhang mit PCM als Wärmespeicher,da hier die Temperaturdifferenz zwischen Speichermaterialund Raumluft nur wenige Grad Celsius beträgt.Abhilfe schafft die Nutzung erzwungener Konvektion,d. h. die Luft wird aktiv an der Oberfläche des Speichermaterialsvorbei geblasen. Der Einfachheit halber wirddieser Ansatz meist für die Be- und Entladung gleicherweisegenutzt. Mögliche Einbauformen sind die in einerDeckenkonstruktion, im Fußboden oder als separate Einheit.Da Luft als Wärmeträger genutzt wird, ist bei denmeisten Systemen eine Kälteversorgung durch kühleNachtluft angestrebt. Da in diesem Fall die Kälte frei zurVerfügung steht, werden solche Systeme auch „Free cooling“-Systemegenannt. Sie sind energetisch sehr effizient,da keine Energie zur Kälteerzeugung eingesetztwird. Allerdings sind die Kanäle so auszuführen, dasseine Reinigung des Luftwegs ermöglicht wird.• Systeme zur Raumkühlung in der Deckenkonstruktion…werden derzeit in Pilotanlagen erprobt. Mit Salzhydratengefüllte PCM-Beutel werden bereits in passiven Kühldeckensystemeneingesetzt. Diese sind einfach zu installieren.Jedoch ist aufgrund der geringeren Wärmeleitfähigkeitder raumseitig abgrenzenden Platten – z. B. Gipskartonplatten– die Kühlleistung begrenzt. Eine aktiveHinterlüftung verbessert den Wärmetransport und erlaubttagsüber höhere Kühlleistungen und eine gezielte nächtlicheRegeneration des Systems mit kühler Außenluft.Der berechnete Temperaturverlauf eines Büroraumes mithinterlüfteter Deckenkonstruktion mit PCM zeigt, dassdie Spitzentemperaturen durch das PCM um rund 2 Kreduziert werden können. Eine solche „hinterlüftete Kühldeckemit PCM“ wird im Projekt „PCM-Demo“ untersucht.Ein weiteres Beispiel ist das von der Firma Climator(Schweden) entwickelte CoolDeck. Es besitzt eine spezielleLuftführung, bei der die Decke des Raumes dieobere Begrenzung des Luftkanals bildet. Dadurch wirdnicht nur das PCM selbst, sondern auch die Decke alsSpeicher verwendet. Das System ist als Teil eines Demonstrationsprojektsim Rathaus von Stevenage (England)installiert. Die maximale Raumlufttemperatur im Sommerwurde um 3–4 K reduziert. Da die Kälte allein aus derNachtluft bezogen wurde, entstand der einzige Energieverbrauchdurch den Ventilator. Hieraus ergab sich lautClimator ein Wirkungsgrad (COP) im Bereich 10 bis 20.Heute ist das System bereits in mehreren Gebäudeninstalliert.

BINE themeninfo I/200915Aus der PraxisDezentrales PCM-Lüftungsgerät im TestFür ein Demonstrationsprojekt wurden 50 Module des von derFirma Imtech entwickelten Lüftungs- und Kühlsystems mit einemPCM-Grafit-Verbundmaterial als Speichermedium in einem Verwaltungsgebäudeinstalliert – jeweils ein Modul pro 7 m 2 Bürofläche.Dies entspricht einer PCM-Menge von 5 kg/m 2 und einerSpeicherfähigkeit von 0,14 kWh/m 2 . Vorausgehende Gebäudesimulationenergaben, dass die installierten Module die operativeTemperatur in normalen Sommern nahezu ständig unterhalb von26 °C halten sollten. Die im März 2006 begonnenen Tests zeigten,dass das System in der Lage ist, die Raumluft um bis zu 5 K zukühlen, bevor sie wieder dem Raum zugeführt wird. Dabei wurdeeine maximale Kühlleistung von 300 W erreicht. Verglichen miteinem konventionellen System mit Kompressionskältemaschineliefert das neue System 82% der Kälte mit nur 5–7% des Stromverbrauchs.Es ermöglicht damit tagsüber eine energieeffizienteRaumkühlung mit Stromeinsparungen zwischen 60% und 90%.Die PCM-Lüftungsgeräte sind inklusive Kontrolleinheit seit 2007am Markt verfügbar. Derzeit werden sie auf den Einsatz in PatientenundHotelzimmern angepasst.Forschungsschwerpunkt LowExLowEx steht für »Niedrig-Exergie-Technologien«. Hier werdenverschiedene innovative Systeme für Gebäude, Gebäudetechnikund Energieversorgung entwickelt, die eines gemeinsamhaben: Sie kommen bei der Wärme- und Kälteerzeugungund bei der Wärme- und Kälteverteilung im Raum mit möglichstgeringen Temperaturdifferenzen zur Raumtemperatur aus. Aufdiese Weise können auch regenerative Energiequellen genutztwerden – wie die natürliche Kühle des Erdreichs oder des Grundwasserszum Kühlen sowie solare Wärme zum Heizen. LowExist ein Schwerpunkt der Forschungsinitiative „EnergieoptimiertesBauen“ (EnOB) des Bundesministeriums für Wirtschaftund Technologie (BMWi).Weitere Informationen finden sich im Internet unterwww.enob.infoRAL-GÜTESIEGELAbb. 25 Das Imtech-Haus in Hamburg:Testobjekt für 50 PCM-Lüftungsmodule.Quelle: ImtechMit zunehmender Vermarktungder PCM-Technologie steigt dieBedeutung der Qualitätssicherung.Daher wurde im Jahr 2004von mehreren deutschen Firmendie Gütegemeinschaft PCM e.V.gegründet und die Entwicklunggeeigneter Verfahren zur Qualitätssicherungan das BayerischeZentrum für Angewandte Energieforschunge.V. (ZAE Bayern) sowiedas Fraunhofer-Institut für SolareEnergiesysteme ISE vergeben. Zielist es, die Qualität der Speichermaterialienselbst sowie von Objektenbzw. Systemen, die solche Speichermaterialien beinhalten,zu gewährleisten. Nach Abschluss der Arbeiten wurde imJuni 2008 das RAL-Gütezeichen erteilt. Die wesentlichen Gütekriteriensind die gespeicherte Wärmemenge als Funktion derTemperatur, die zyklische Wiederholbarkeit des Speichervorgangssowie die thermische Leitfähigkeit der Speichermaterialien,die für die Lade- und Entladezeit der Speicher wichtig ist.

16 BINE themeninfo I/2009WTFeinPCMWTFeinPCM ModuleeinWTFPCMausausausAbb. 26 Speicherkonzepte zur aktiven Einbindung in Heiz- und Kühlsysteme. Quelle: H. MehlingAußenluftklappe(geschlossen) sen)VentilatorFortluftklappe(geschlossen)PCM (fest)LuftPCMwarmeRaumluftLastbetrieb(tagsüber)Zuluftklappe(offen)gekühlteRaumluftAbb. 27 Schematischer Ansatz für aktive Systememit Luft als Wärmeträgerfluid.Quelle: ZAE BayernAbb. 28 Schematische Funktioneiner aktiven PCM-Kühldecke.Quelle: ZAE Bayern• Systeme zur Raumkühlung in der Fußbodenkonstruktion..werden bisher lediglich im Labormaßstab getestet. Ander Universität von Hokkaido in Japan wurde ein solchesSystem getestet – wobei das PCM als Granulat in einendoppelten Boden eingebracht wurde. Zur Kühlung desRaumes wird dessen Luft über eine Ventilationsöffnungangesaugt, beim Durchströmen des PCM-Granulatsgekühlt und über Öffnungen in der Bodenabdeckungdem Raum wieder zugeführt. Als Backup zur Entsorgungder gespeicherten Wärme in der Nacht ist eine Kältemaschinemittels eines Wärmeübertragers in den Luftkreislaufzugeschaltet. Es ist geplant, dieses Konzept kommerziellumzusetzen.• Systeme zur Raumkühlung als separate Einheit…sind bereits als Produkt am Markt verfügbar. Die FirmaImtech hat solch ein System (innerhalb des BMWi-Forschungsfeldes„Low-Ex“) entwickelt. Abbildung 30 zeigtden schematischen Aufbau. Als Speichermaterial wirdein PCM-Grafit-Verbundmaterial eingesetzt, das einehohe Speicherfähigkeit mit hoher Leistung bei kleinenTemperaturdifferenzen verbindet. Es speichert etwa 30Wh/kg (108 kJ/kg) im Temperaturbereich 18 °C bis 22 °C.Das Speichermaterial ist als Stapel von Speicherplatten,die von Luft umströmt werden, in das Gerät integriert.Jedes Gerät beinhaltet etwa 35 kg des Speichermaterials –was einer Speicherfähigkeit von etwa 1 kWh entspricht.Auch hier wird die Nachtluft als Kältequelle genutzt. Mitder gespeicherten Kälte kann dann – je nach Einstellungder Außenluftklappe – die Innenluft des Raumes gekühltwerden. Es ist auch möglich, im Ventilationsmodus Frischluftvon außen anzusaugen, bevor sie dem Raum zugeführtwird.• Systeme zur Raumheizung…werden z. B. in Solar-Luft-Anlagen eingesetzt. Diesebieten den Vorteil, dass sie Ventilation und Heizen ineinem System verbinden können. Die entsprechendenLatentwärmespeicher werden seit Jahren erforscht undbereits in Pilotanlagen getestet. Ein Beispiel ist der Speicher,den die Firma Grammer in Zusammenarbeit mitdem ZAE Bayern im Rahmen des Projekts „InnovativePCM-Technologie“ entwickelt hat: Beim Aufladen werdenvom Solarkollektor verursachte Temperaturspitzenin der Luft geglättet und beim Entladen die Lufttemperaturüber einige Stunden hinweg um 5–8 K erhöht. DerSpeicher war von Februar 2003 bis Dezember 2007 inBetrieb. Während der gesamten Betriebsdauer zeigtesich keine erkennbare Veränderung im thermischen Verhaltengegenüber dem Neuzustand.Systeme mit Wärmeübergang an WasserFür Systeme, die Wasser oder andere Flüssigkeiten alsWärmeträgerfluid nutzen, gibt es viele Beispiele. Bekanntsind Speicher mit Wärmeübertrager oder mit makroverkapseltenPCM-Modulen. Zum Kühlen von Gebäudenwerden solche Speicher meist als Eisspeicher in Kombinationmit Kältemaschinen eingesetzt. Der wichtigste

BINE themeninfo I/200917SimulationssoftwareIm Rahmen des Forschungsverbundprojekts „PCM-Aktiv“ wurde die Simulationssoftware PCMexpress entwickeltund veröffentlicht. Die Software ermöglicht eineerste einfache und schnelle Abschätzung von Komfortgewinnendurch den Einsatz eines PCM-Baustoffs. Sieerarbeitet Empfehlungen darüber, welche PCM wiesinnvoll eingesetzt werden können und trifft erste Aussagenzur Wirtschaftlichkeit. Die Simulationssoftwareenthält eine umfassende Baustoff-, Konstruktions- undWetterdatenbank, die beliebig erweiterbar ist. PCMexpressist kostenfrei über die Homepage der ValentinEnergiesoftware GmbH zu beziehen. Sie ersetzt allerdingsnicht einen Nachweis nach EnEV.Im PortraitHersteller, Entwickler und Anwender –drei ExpertenmeinungenMarco SchmidtTechnisches Marketing für Micronal® PCM beider BASF SE, Mitentwickler mikroverkapselterPCM-Systeme für bauchemische Industrie undBaustoffhersteller.Mikrokapseln sind das Vehikel, um den physikalischen Effekt von PCMin beliebige Baustoffe einzubringen. Durch diese Technologie eröffnensich der latenten Wärmespeicherung neue Möglichkeiten. Der Mehraufwandbeim Einsatz in Gebäuden bleibt dabei gering. Herstellerherkömmlicher Baustoffe müssen lediglich überschaubare Produktanpassungenvornehmen. Nach der Entwicklung von ersten Baustoffenwie Gipsbauplatten, Innenputze oder Porenbeton werden in absehbarerZeit noch weitere Innovationen mit PCM folgen. Denn Gebäudemüssen in Zukunft selbst in der Lage sein, die zeitliche Differenz zwischenaktuell verfügbarer (Umwelt-)Energie und ihrer eigentlichen Nutzungauszugleichen. PCM schlägt vor allem im Leichtbau die Brücke zwischenWärmeangebot und -nachfrage – und dies besonders effizient.Abb. 29 Screenshot PCMexpress unter www.valentin.deenergetische Vorteil liegt in der Steigerung des Wirkungsgradsdurch die nächtliche Kälteerzeugung. Hinzu kommtein optimaler Betrieb der Kältemaschine. Durch den Einsatzeiner kleineren Kältemaschine – ausgelegt für mittlereLast – werden die Investitionskosten reduziert. Undauch die Verbrauchskosten lassen sich durch den erhöhtenWirkungsgrad senken – ebenso wie die Reduktiondes Strombezugs zu Spitzentarifen. Im Bereich derGebäudeheizung wurden Latentwärmespeicher zunächstvor allem für den Einsatz in Solar-Heiz-Systemen erforscht,um den solaren Deckungsanteil zu erhöhen. Ziel war es,von Beginn an bei gleichem oder kleinerem BauvolumenWärme für mehrere Tage zu speichern. Erste Produktesind seit einigen Jahren am Markt. Ein Speicher der AlfredSchneider GmbH nutzt ein Salzhydrat als Speichermedium.Er wurde bereits in mehreren Dutzend Systemeninstalliert. Dabei können nicht nur Solarkollektoren, sondernauch BHKW und Holzfeuerungsanlagen als Wärmequelleeingesetzt werden (Abb. 31).Ein fassadenintegriertes Speichersystem, das mit demWärmetransportmedium Wasser arbeitet, wurde im Rahmeneines weiteren Forschungsvorhabens von der TROXGmbH entwickelt. Die besonders kompakte Ausführungsformdes Latentwärmespeichers ermöglicht es, dasSystem raumbezogen in der Fassade unterzubringen.Dadurch ist es auch für Sanierungsmaßnahmen geeignet.Abbildung 32 zeigt das untersuchte System zur Raumkühlungunter Verwendung der Umgebungsluft alsWärmesenke: Das System besteht aus dem Latentwärme-Bruno LüdemannImtech Deutschland F&E, Projektleiter, Entwicklungund Optimierung energieeffizienter Systeme für dieGebäudetechnik, beteiligt an der Entwicklung einesPCM-Lüftungsgerätes sowie von PCS-Speichern.Innovative Speichertechniken sind eine Schlüsseltechnologie, um dieEffizienz von Energieanlagen zu optimieren und zeitlich verschobenePotenziale an Umweltenergie in hohem Maße zu nutzen. Als technologischeAlternative zu bereits erprobten Anwendungen dient mikroverkapseltesMaterial in Form wasserbasierter Slurries (PCS). DiePCS-Technik wird von Imtech in einem Pilotprojekt zur Kühlung vonWerkzeugmaschinen in der Industrie eingesetzt. Die Wirtschaftlichkeitvon PCM-Systemen ließe sich durch Nutzung deutlich kostengünstigererSalzhydrate verbessern; oder durch Entwicklung stabilerEmulsionen, die gegenüber den Slurries eine höhere PCM-Konzentrationim Wasser bei geringeren Kosten versprechen.Rolf DischGeschäftsführer Solarsiedlung GmbH und WirtschaftsverbandErneuerbare Energien Regio Freiburg; seit40 Jahren Entwicklung zukunftsweisender Lösungen fürnachhaltiges Bauen wie das Plusenergiehaus® und dieProjekte Heliotrop®, Solarsiedlung und Sonnenschiff.Das von uns konzipierte Plusenergiehaus kombiniert Energieeffizienzsowie aktive und passive Nutzung von Sonnenenergie – auch mitHilfe der Aktivierung der Gebäudemassen. Im Freiburger GewerbebauSonnenschiff kamen PCM-Leichtbauwände zum Einsatz, in denBürozonen wurde ein hoher thermischer Komfort erzielt. Allerdingskonnte messtechnisch kein kausaler Zusammenhang zum PCM-Materialfestgestellt werden. Dies kann an der ohnehin schon großen Masseder Konstruktion liegen. Bei leichten Konstruktionsarten bietet sichdie Nutzung von PCM an. Hierbei können die energetischen Speicherpotenzialevon Massivbauten auch auf den Holz- und Stahlbauübertragen werden. In Kombination mit einer Nachtlüftung verbessertsich das Behaglichkeitsfeld enorm. Bei guter Planung kann auf einetechnische Kühlung verzichtet werden.

18 BINE themeninfo I/2009Abb. 31PCM-Heizungsspeicher.Quelle: Alfred SchneiderGmbHAbb. 32 Aufbau des Kühlsystemsbestehend ausLatentwärmespeicher (1),Kühldecke mit Kapillarrohrmatte(2) und Fassadenwärmeübertrager(3).Quelle: TU Berlin,Hermann-Rietschel-Institutspeicher (1) mit Paraffin als Speichermaterial, einer Kühldeckemit Kapillarrohrmatten (2) und einem Fassadenwärmeübertrager(3). Die tagsüber anfallende überschüssigeWärme wird dem Raum über die Kühldecke entzogen.Dieser Vorgang erfolgt unter Erwärmung des Wassersinnerhalb der Kapillarrohrmatten.Das erwärmte Wasser im Kühlkreislauf wird anschließendüber eine Pumpe zum Latentwärmespeicher gefördert.Innerhalb des Latentwärmespeichers erfolgt dieAbkühlung des Wassers mit einhergehendem Phasenwechseldes PCM. Der Speicher wird regeneriert, nachdementweder das Latentmaterial vollständig geschmolzenist oder kein weiterer Kühlbedarf im Raum besteht.Dieser Vorgang erfolgt während der Nachtstunden unterAusnutzung der niedrigeren Außenlufttemperatur. DasWasser zirkuliert während dieser Betriebsphase zwischendem Latentwärmespeicher und dem Fassadenwärmeübertrager.Innerhalb des Speichers wird Wärme vomPCM zum Wasser übertragen und anschließend durchkonvektiven und radiativen Wärmetransport vom Fassadenwärmeübertrageran die Umgebung abgegeben. DasLatentmaterial geht dabei in den festen Aggregatzustandüber und kann anschließend wieder für die Raumkühlunggenutzt werden.Zusätzlich ermöglicht das System eine direkte Nachtkühlungaller Raumumschließungsflächen, ohne dassein sicherheitstechnisch bedenkliches Öffnen der Fensternotwendig ist. Experimentelle und numerische Untersuchungenan der Technischen Universität Berlin ergabenunter typischen Lastbedingungen in Büroräumen eineTemperaturabsenkung um bis zu 4 K. Für diese deutlicheTemperaturreduktion waren 2 kg Paraffin pro QuadratmeterRaumfläche erforderlich. Zusätzlich wurde diewasserbasierte Nachtkühlung der Raumumschließungsflächengenutzt.21Phasenwechsel-FlüssigkeitenDas am häufigsten eingesetzte pumpfähige – oder flüssige– Wärmespeichermaterial ist Wasser. In vielen Fällenwerden auch Mischungen aus Wasser und Glykol eingesetzt.Bei hohen Temperaturen finden oft auch ÖleAnwendung. Diesen flüssigen Wärmespeicher-Materialienist gemeinsam, dass die Wärme in ihnen sensibel gespeichertwird.Abb. 30 SchematischeDarstellung desaktiven PCM-Kühlmodulsder Firma Imtech.Quelle: Imtech341 Außenluftklappe2 PCM-Speicher-Modul3 Wärmetauscher4 VentilatorSollen große Wärmespeicherkapazitäten erreicht werden,so kann der Anwender mit großen Volumina arbeiten– oder er nutzt eine große Temperaturerhöhung bzw.-verringerung. Kann ein System mit großen Temperaturunterschiedenzwischen tatsächlich benötigter Temperaturund ausgehender Speichertemperatur arbeiten,so erreichen sensible Wärmeträgerflüssigkeiten hoheWärmespeicherkapazitäten. Sind hingegen nur kleineTemperaturspreizungen möglich, so verringert sich diespeicherbare Wärmemenge bei sensiblen Wärmeträgermediensehr stark. Bei einer Speichertemperatur, diez. B. nur 10 K über oder unter der Anwendungstemperatur

BINE themeninfo I/200919Aus der PraxisNeuartiges Rückkühlkonzept mit PCMWasserPCMLeitungsrohrAbb. 33 Phasenwechsel-Flüssigkeiten (Slurries) bestehen auseiner Trägerflüssigkeit und darin suspendierten oder emulgiertenPCM. Aufgrund der Partikelgrößen entsteht eine weiße Flüssigkeit.Quelle: ZAE Bayern (li.), Fraunhofer ISE (re.)liegen darf, würde man mit reinem Wasser nur noch eineWärmemenge von 42 kJ/kg speichern können. Bei diesenAnwendungen ist eine Flüssigkeit, die PCM enthält, vongroßem Vorteil. Bei geeigneter Schmelztemperatur kanndie Wärmekapazität genau im gewünschten Temperaturbereicherhöht werden.Marktgängig sind bereits Wasser/Eis-Mischungen, diebis zu einem gewissen Anteil an Eiskristallen pumpfähigbleiben. Sie können jedoch materialbedingt nur unter 0 °Ceingesetzt werden. Oberhalb 0 °C werden heute hauptsächlichzwei verschiedene Technologien eingesetzt, umParaffine in Wasser einzubringen. Zum einen werden siemikroverkapselt und anschließend in Wasser suspendiert,zum anderen kann Paraffin mithilfe entsprechenderAdditive in Wasser direkt emulgiert werden. Beide Prozessesollen verhindern, dass das Paraffin – wenn esgeschmolzen ist – zu größeren Tropfen zusammenfließtund sich vom Wasser trennt. Gleichzeitig sorgt die Dispergierungdafür, dass das Paraffin im flüssigen wie im festenZustand überhaupt gepumpt werden kann.Für den Einsatz von Phasenwechsel-Flüssigkeiten (PCM-Slurries) erscheinen Kälteanlagen besonders geeignet,da bei ihnen die Forderung nach geringen Temperaturspreizungenim System erfüllt ist. Zudem ist hier eineKältespeicherung sinnvoll, um günstigere Betriebsbedingungenfür die eingesetzten Kältemaschinen zu erreichenund das öffentliche Stromnetz tagsüber zu entlasten.Soll z. B. ein Gebäude in dieser Zeit auf 20 °C gekühltwerden, so ist es zwar möglich, während der Nacht einenKältespeicher bis 0 °C zu beladen. Dies führt aber zugeringen Wirkungsgraden der eingesetzten Kältemaschinesowie zu hohen Speicherverlusten. Beim Einsatz einerPhasenwechsel-Flüssigkeit mit einem Schmelzbereichzwischen 10 °C und z. B. 20 °C und der doppelten Speicherdichtevon Wasser, könnte dieselbe Speicherdichte schonbeim Kühlen des Speichers auf 10 °C erreicht werden.Ein weiteres Potenzial der Slurries liegt im vergleichsweiseeinfachen Einsatz als Wärmeträgerflüssigkeit inbestehenden Kältespeichern, um deren Speicherkapazitätzu erhöhen.In herkömmlichen Systemen zum solaren Heizen und Kühlen mit Absorptionskälteanlagenwird die Abwärme über einen Nasskühlturm abgegeben,was einen erheblichen Wasserverbrauch und hohen Wartungsaufwandzur Folge hat. Deshalb wird mit dem Forschungsprojekt „SolaresHeizen und Kühlen mit kompakter Absorptionskälteanlage und Latentwärmespeicher“(SolCool) ein gänzlich neuer Ansatz verfolgt: An Stelle desNasskühlturms wird ein patentiertes Rückkühlkonzept mit trockenemLuftkühler und innovativem Latentwärmespeicher erprobt. Der Latentwärmespeichermit einer Phasenwechsel-Temperatur von 29 °C speicherttagsüber einen Teil der Abwärme, die dann nachts abgegeben wird.Zudem steht dieser Speicher mit hoher Kapazität für die Kurzzeitpufferungdes solaren Ertrags während der Heizperiode zur Verfügung. Der Versuchsbetriebam ZAE Bayern hat gezeigt, dass durch den Einsatz eines Latentwärmespeichersdie Rückkühlung der Absorptionskälteanlage imKühlbetrieb auch bei hohen Außentemperaturen auf dem gefordertenTemperaturniveau von 32 °C gehalten werden kann. Die erhöhte Leistungsaufnahmedurch das nächtliche Entladen des Speichers ist hierbeiklein. Sie wird durch die Verlagerung des Spitzenlaststrombedarfs fürdie Rückkühlung in die Schwachlastzeiten mehr als ausgeglichen.Im Heizbetrieb steigt die solare Deckungsrate durch den Einsatz desSpeichers stark an. Zum einen kann überschüssige Wärme tagsüber fürdie Nacht gepuffert werden, zum anderen sinken die Verluste des Kollektorswährend des Ladevorgangs. Maßgeblich hierfür ist die latente Wärmespeicherungbei konstant niedriger Temperatur. Ein „Hochlaufen“ derKollektortemperatur und damit verbundene Wirkungsgradeinbußen –wie bei üblichen sensiblen Warmwasserspeichern – können dadurchvermieden werden. Innerhalb der zwei Betriebsjahre hat der Speicheretwa 300 Heiz- und Kühlzyklen ohne Störung durchlaufen. Er führt innerhalbdes Systems zu einer wesentlichen Verbesserung der Systemeffizienz,speziell im Heizbetrieb – was durch seine niedrige Speichertemperaturerreicht wird. Die Anlage wird jetzt hinsichtlich der Regelungsstrategie undMinimierung des Hilfsenergiebedarfs optimiert. Für das Gesamtsystemwird eine elektrische Leistungsziffer – das Verhältnis von mittlerem Stromverbrauchzu erzeugter Nutzkälte – während des Kühlbetriebes von über10 und in der Heizperiode um 8 angestrebt.Abb. 34 Niedertemperatur-Latentwärmespeicher des Projekts „SolCool“.Quelle: ZAE Bayern

20 BINE themeninfo I/2009AusblickAufgrund intensiver Forschung in den letzten beiden Jahrzehnten sind heute viele Phasenwechsel-Materialienbekannt, die sich für den Einsatz als Latentwärmespeicher eignen.Mehr als einhundert decken den Temperaturbereich von etwa -40 °C bis etwa 130 °Cab und sind am Markt verfügbar; einige dieser Materialien werden bereits seit mehr als10 Jahren in unterschiedlichen Anwendungen erfolgreich eingesetzt. Die dabei verwendetenKapseltechniken – Mikro- und Makroverkapselung – sind ebenfalls Stand derTechnik. Es existiert hierzu ein anerkanntes Gütesiegel der RAL.Abgesicherte Erfahrungswerte für die unterschiedlichen Anwendungen (SolarenergieundBiomassenutzung, Kraft-Wärme-Kopplung) liegen bislang noch nicht ausreichend vor,sodass der Nutzen von Latentwärmespeichern jeweils im Detail nachgewiesen werdenmuss. Die Ergebnisse einiger Demonstrationsprojekte zeigen jedoch bereits, dass beigeeigneter Dimensionierung und Auslegung signifikante Energieeinsparungen undhöhere Wirkungsgrade erreicht werden können. Baumaterialien, die mikroverkapseltePCM nutzen, sind mittlerweile in vielfältiger Form erhältlich. Beispiele sind Gips-Putze,Gips-Platten sowie Verbund-Materialien mit PCM. Erste Installationen in realen Gebäudenwurden 2004 durchgeführt. Vor allem Gips-Platten werden heute bereits in großemMaßstab kommerziell produziert und eingesetzt. Im Bereich der flüssigen Speichermedien(PCS) werden erste Demonstrationsvorhaben durchgeführt. Doch sind hierweitere Optimierungen und vor allem Untersuchungen zur Langzeitstabilität notwendig,um zu marktfähigen Produkten zu gelangen. Zur besseren Verbreitung und Akzeptanzdieser Materialien tragen anerkannte Planungswerkzeuge und Simulationsmodellewesentlich bei. Denn der Vorteil dieser Materialien lässt sich quantifizieren und belegen.Neben der materialbezogenen Forschung und Entwicklung wird es in den nächsten Jahrenwichtig sein, weitere Erfahrungen in Demonstrationsprojekten zu sammeln und diese zuevaluieren. Die ersten Pilotanwendungen von PCM-Baumaterialien fanden bereits imJahr 2004 statt, Energieeinsparungen und Komfortverbesserungen wurden seitdem nachgewiesen.Es ist deshalb damit zu rechnen, dass diese Materialien in wenigen Jahren als Standder Technik akzeptiert werden. Die deutliche Steigerung der Energiekosten hat inzwischenweltweit – auch in den USA – zur Gründung neuer Firmen in diesem Marktbereich geführt.FörderungBundesministerium für Wirtschaftund Technologie (BMWi)11019 BerlinProjektträger JülichForschungszentrum Jülich GmbH52425 JülichFörderkennzeichen03273030327360 A,B,C0327370 F,G,J,K,S,U0327384 A-C0327427 A,B0329279 A0329605 D0329840 A-DMehr von BINEThermoaktive Bauteilsysteme, BINE-Themeninfo I/2007b www.bine.infoLinkswww.enob.infowww.zae-bayern.dewww.ise.fraunhofer.dewww.lowex.infowww.pcm-ral.dewww.pcm-storage.infowww.micronal.dewww.glassx.chb www.effstock2009.comLiteraturHeat and cold storage with PCM – An up to date introduction into basics and applications,H. Mehling, L.F. Cabeza, Springer, ISBN 978-3-540-68556-2Energieeffiziente Klimatisierung mit Phasenwechselmaterialien, KI Luft- und Kältetechnik 7-8/2006PCM eröffnet neue Wege für die Raumlufttechnik, KI Luft- und Kältetechnik 9/2004Aktive Raumkühlung mit Nachtkälte – Entwicklung eines dezentralen Lüftungsgerätesmit Latentwärmespeicher, KI Kälte – Luft – Klimatechnik 4/2007Kontakt · InfoFragen zu diesem Themeninfo?Wir helfen Ihnen weiter:0228 /92379-44Weitere Informationen zum Themasind beim BINE Informationsdienstoder unter www.bine.info abrufbar.Gedruckt auf Recyclingpapier · Gestaltung und Layout: KERSTIN CONRADI · Mediengestaltung, Berlin

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