Verwendung von PCM (Phase Changing Materials) im Gebäude zur Vermeidung der sommerlichen Überwärmung

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit soll den Einsatz von -Phase Change Materials- (nachfolgend mit PCM abgekürzt) in Baumaterialien hinsichtlich deren Auswirkung auf die sommerliche Überwärmung aufzeigen. Im Speziellen wird dieses Verhalten anhand einer PCM Gipsbauplatte gezeigt. Die normative Grundlage für die Berechnung der sommerlichen Überwärmung bildet die ÖNORM B 8110-3. Als Grundlage für die Simulation wird ein vom Institut für Hochbau und Technologie - Forschungsbereich für Bauphysik und Bauakustik - der TU Wien unter der Leitung von Ao.Univ.Prof.DI.Dr. Thomas Bednar entwickeltes Excel-Tool verwendet. Dieses Tool wird im Rahmen dieser Arbeit für den Einsatz von PCM weiterentwickelt, da in der ursprünglichen Fassung eine Berechnung mit PCM nicht vorgesehen war. Dazu wird ein Berechnungsmodell entwickelt, das den temperaturabhängigen Verlauf der latenten Wärmekapazität abbildet und sich gleichzeitig in das bestehende Tool gut einbinden lässt. Nach erfolgter Verifizierung des Excel-Tools wird eine Variantenstudie angefertigt. In dieser Studie werden etwa die Aufbauten, die Orientierung sowie der Fensterflächenanteil eines Referenzraumes variiert, um den Einfluss dieser Faktoren auf die Wirkungsweise der PCM zu ermitteln. Dabei stellen sich die Art der Bauweise und die Orientierung als wesentliche Einflussfaktoren auf die Wirkung der PCM heraus. Während bei einer Massivbauweise die Wirkung eher gering ausfällt, ist diese bei einer Leichtbauweise umso größer. Auch die Orientierung, beispielsweise einer nach Westen orientierten Fensterfront, bringt eine Verbesserung der Wirkungsweise im Vergleich zu einer nach Süden orientierten. Zusammenfassend ist die Wahl des PCM Produktes hinsichtlich des Schmelzpunktes, der Bauweise samt Orientierung sowie des Klimas des Einsatzortes maßgebend für den Erfolg dieses Systems.

The aim of this work is to show the use of phase changing materials in building materials concerning to their effect of overheating in summer. In particular this behavior is shown with a PCM plasterboard. The normative basis for the calculation of summer overheating is the ÖNORM B 8110-3. An Excel-tool developed by the Institute for Building Construction and Technology - Research Centre for Building Physics and Acoustics - Vienna University of Technology under the guidance of Ao.Univ.Prof.DI.Dr. Thomas Bednar is used for the Simulation. As part of this work there will be a further development of the Excel-tool for the use of PCM, because PCM isn't supported by the basis tool. For this development of PCM a calculation model is necessary, which shows the temperature-dependent gradient of the latent heat capacity as good as possible. Simultaneously the developed image of PCM should be as simple as possible for the integration in the basis tool. After verification of the Excel tool, a variation study is made. In this study the parameters are varied to show the effect of PCM. As examples the construction, the orientation or the proportion of the window area of the reference room. The result of this study is, that the type of construction and the orientation are influencing the effect of PCM. The advantage of using PCM in massive constructions is a minor one, but therefore the advantage in lightweight constructions is much better. Furthermore the orientation is an important fact, West orientated windows reach more efficiency compared to south orientated ones. All in all we can say that, the success of PCM products depend on the melting point, the orientation and the climate.