Speicherfähigkeit- und Kapazitätsuntersuchung einer PCM-haltigen Betonwand

Phasenwechselmaterialien (PCM) zählen zu den Innovationen der letzten Jahre im Bereich der Entwicklung von Baumaterialien. Insbesondere bei Neubauten mit großen Fensterflächen, aber auch bei der Modernisierung von Bestandsgebäuden werden diese Materialien zur Verbesserung des sommerlichen Wärmeverhaltens bereits heute Baustoffen beigemengt. Die Speicherkapazität eines Bauteils wird dadurch erhöht, indem die PCM-Bestandteile einen Phasenwechsel von fest zu flüssig vollführen und dabei Energie aufnehmen. Damit besteht auch im Heizfall die Möglichkeit, überschüssige Anteile aus erneuerbaren Energiequellen kurzzeitig in der Baukonstruktion zu speichern. Die positiven bauphysikalischen Effekte von PCM führen gleichzeitig zu veränderten mechanischen Eigenschaften. Ziel dieser Arbeit ist es, die Speicherfähigkeit von Betonbauteilen durch eine den jeweiligen Anforderungen entsprechende räumliche Neuordnung der PCM-Partikel im Bauteil zu strukturieren. Zur Integration wurde das Spritzbetonverfahren verwendet. Der für die additiven Verfahren charakteristische schichtweise Aufbau wurde in dieser Arbeit genutzt, um auch das Bauteilinnere nach funktionalen Anforderungen neu zu arrangieren. Angestrebt war ein zweischichtiger Wandaufbau mit PCM mit unterschiedlichen Schmelztemperaturen, welche dann eine weitaus effizientere Nutzung der PCM-Bestandteile im Beton ermöglicht und gleichzeitig die relevanten Festigkeitsaspekte berücksichtigt. Jeweils im Anschluss an die Erstellung der Prüfkörper folgten die bauphysikalischen Untersuchungen. Bestimmt wurden hierbei die Dichte, die Wärmeleitfähigkeit und die Wärmekapazität der Proben. Die Ergebnisse der Messungen an Prüfkörpern bilden Grundlagen für die realitätsnahe Abbildung von Rechenmodellen auf Basis von TRNSYS-Modulen, die weiterentwickelt wurden, um das thermische Verhalten einer zweischichtigen PCMhaltigen Wandkonstruktion mit unterschiedlichen Schmelztemperaturen berechnen zu können. Die numerische Modellvalidierung erfolgte mittels des Programms HAUSer. Mit den damit vorliegenden Simulationsmodellen wurden sinnvolle Einsatzfelder sowie Grenzen der PCM-haltigen Betonwandkonstruktionen identifiziert. Daneben wurden auch optimale Materialparameter für die Anwendung von passiver Kühlung bestimmt.