ILKAtherm-Micronal^®

Der in die Bewertungskriterien Funktionalität, Effektivität, Wirtschaftlichkeit und Innovationsgehalt unterteilte Wettbewerb wurde vom amerikanischen Energieministerium ausgeschrieben. 20 Universitäten aus der ganzen Welt stellten sich mit ihren ca. 80 Quadratmeter großen Gebäuden zum Thema "zukunftsweisendes Wohnen". Kern der Herausforderung war, ein Gebäude ausschließlich mit Solarenergie zu betreiben, ohne auf Wohnkomfort zu verzichten. Das hieß, die gemessene Raumtemperatur durfte von dem eng gesteckten Bereich zwischen 22 bis 24 °C zu keiner Zeit abweichen und die Luftfeuchte musste sich stets im Rahmen von 40 - 55% bewegen. Nicht genug beurteilten Experten noch die subjektiv wahrgenommene Behaglichkeit im Gebäude.

In Sichtweite des Weißen Hauses verwiesen die Deutschen alle anderen Teams auf die Plätze. Selbst so renommierte Institute wie die Carnegie Mellon University aus Pittsburgh oder das Massachusetts Institute of Technology erreichten nur hintere Ränge.

Einen entscheidenden Beitrag leisteten dabei die von der ILKAZELL Isoliertechnik GmbH Zwickau speziell für diese Anwendungen optimierten, ILKAtherm-Kühldeckenelemente mit integriertem Micronal® PCM SmartBoard™ von BASF.

Bildquelle: Leon Schmidt TU Darmstadt

Die maßgeschneiderten Elemente bestehen aus einer sogenannten Micronal® PCM SmartBoard™ Platte, die den raumseitigen Abschluss bildet. Auf deren Rückseite werden Kapillarrohrmatten verklebt, die das Kühlmedium gleichmäßig über die gesamte Fläche verteilen. Diese werden mit PUR-Schaum homogen verschäumt. Das Deckblech sorgt für eine extrem hohe Stabilität wie sie aus dem Sandwichbau bekannt ist.

Die Einzigartigkeit unserer Kühldeckenelemente findet sich unter anderem im so genannten Micronal® PCM SmartBoard™. Diese spezielle Gipskartonplatte enthält je Quadratmeter 3,0 kg Trockenmasse des Latentwärmespeichers Micronal® PCM. Dabei handelt es sich um kleine Paraffinkügelchen, die mit einer Polymerhülle hermetisch abgeschlossen sind. Die Paraffine werden hochrein verarbeitet und sind alle auf eine einheitliche Schalttemperatur von 23 °C eingestellt.

Wenn die Raumtemperatur diese 23 °C überschreitet, schmelzen die Paraffine und nehmen dabei thermische Energie auf. Genauso wird beim Abkühlen des Raumes unter 23 °C eben diese Energie wieder in den Raum abgegeben.

Dieser Effekt kann quasi unendlich oft wiederholt werden und verläuft prinzipiell ohne Zuführung externer Energie. Die Schwankungen der Raumtemperatur werden reduziert und stabilisieren sich um die erwähnten
23 °C Schalttemperatur.

Die Speicherkapazität des Micronal® PCM SmartBoard™ beträgt 330 kJ/m². Mit einer Dicke von lediglich 15 mm kann sie demnach genauso viel Wärme speichern, wie eine 90 mm dicke Beton- bzw. eine 120 mm dicke Ziegelwand, wobei der geringere Querschnitt einen wesentlich schnelleren Wärmeaustausch mit dem Raum ermöglicht.

Je nachdem wie viel diesen Materials in einem Raum integriert ist und wie sich die inneren bzw. äußeren Wärmelasten vor Ort darstellen, kann das Raumklima insbesondere in den weniger heißen Übergangszeiten also im Frühjahr und Herbst ohne Zuführung externer Energie stabil gehalten werden.

Zur Abkühlung (Abführung) einmal aufgenommener Wärme wird im einfachsten Fall auf eine Querlüftung mit kühler Nachtluft (< 20 °C) durch gekippte Fenster zurückgegriffen. Aber auch bereits bestehende Lüftungssysteme für den hygienischen Luftwechsel können genutzt werden. Hier kann der Be- und Entladungsvorgang des Latentwärmespeichers auch besser gesteuert werden.

Um bei einem Wohn- bzw. Büroraum die extremen sommerlichen Wärmelasten abzufahren ist eine aktive Kühlung unerlässlich. Wenn nun herkömmliche Direktverdampfer zur Kälteerzeugung eingesetzt werden, wird bei der üblichen 16 °C kalten, eingeblasenen Luft und einer gesetzlich vorgeschriebenen Obergrenze der Temperatur in Büroräumen von 26 °C schnell ein mehrfacher Luftwechsel (mindestens 3 - 4fach) pro Stunde erforderlich. Dieser Luftwechsel, bei der niedrigen Temperatur wirkt sich oft negativ auf die Behaglichkeit und auch die Gesundheit der sich im Raum aufhaltenden Personen aus. Weiterhin führt die niedrige Kältemitteltemperatur an den Verdampfern zu schlechten Wärmeübergangszahlen der Luft und demnach zu einem schlechteren Wirkungsgrad (Leistungszahl) der Kältemaschine.

Bei dem Einbau einer ILKAtherm Kühldecke wird der hygienische Mindestvolumenstrom auf einen 0,5-fachen Luftwechsel je Stunde verringert und die zugeführte Luft darüber hinaus mit Raumtemperatur eingeblasen. Die Kühllast wird in der Strahlungsdecke, über die auf der Rückseite des Micronal® PCM SmartBoard™ verklebten Kapillarrohre abgefahren, was sich sehr positiv auf die Behaglichkeit auswirkt. Das Kühlmedium durchströmt dabei ein dichtes Gitter an Kapillarröhrchen, die mit einem Abstand von maximal 10 mm für eine absolut homogene Wärme- bzw. Kälteübertragung sorgt. Die Raumluft trocknet nicht aus und das subjektiv empfundene Raumklima gleicht dem eines angenehm frischen Weinkellers im Sommer.

Auch das so genannte "Sick-Building-Syndrom" - das Erkranken der Mitarbeiter durch Zugerscheinungen - oder hygienische Probleme durch Staubaufwirbelung, Krankheitserreger am Direktverdampfer, in Lüftungskanälen usw. werden konsequent umgangen.

Die höhere Effizienz einer PCM-Kühldecke gegenüber herkömmlichen Kälteaggregaten begründet sich vornehmlich in der besseren Leistungszahl der Kältemaschine, hervorgerufen durch geringere Temperaturdifferenzen des Kältemittels. Hier bietet sich auch eine ideale Einsatzmöglichkeit von Umweltenergien zur häufigeren freien Kühlung (ohne Kälteaggregat).

Informationen zum Wettbewerb und dem siegreichen Solar-Haus der TU Darmstadt unter:

Deutsche Seite des Solar Decathlon: www.solardecathlon.de

Offizielle Seite des Wettbewerbs: www.solardecathlon.org

Bildquelle:Simon Schetter TU Darmstadt, Sebastian Sprenger TU Darmstadt

 

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