Im Klimaschutzplan der Bundesregierung soll bis 2050 ein nahezu klimaneutraler Gebäudebestand umgesetzt werden. Die Verwendung sogenannter Phasenwechselmaterialien (PCM) kann helfen, Energieeffizienz und Nutzung erneuerbarer Energien zu vereinen. Wärme und Kälte kann effizient bereitgestellt werden, wenn Wärme- und Kältespeicher mit PCM intelligent in Heiz- und Kühlsysteme integriert, werden. Energieüberschüsse aus regenerativen Energiequellen können kurzzeitig gespeichert werden und sind so flexibler einsetzbar. Ein intelligenter Netzbetrieb durch Power-to-Heat/Cold ist möglich.
Zwar werden PCM-Systeme seit mehreren Jahrzehnten erforscht, entsprechende Produkte setzen sich am Markt nur sehr langsam durch. Gründe hierfür sind neben noch relativ hohen Investitionskosten auch fehlende Referenzobjekte für erfolgreiche PCM-Installationen. Im Projekt wurden sieben PCM-Systeme in unterschiedlichen Entwicklungsstadien untersucht und im realen Einsatz evaluiert. Es zeigte sich unter anderem bei einem Energiespeicherhaus mit PCM-haltigem Estrich, dass eine Power-to-Heat-Anwendung netzdienlich war. Passive und aktive Flächenkühlsysteme in Kindergarten und Schulungsräumen verbesserten die thermische Behaglichkeit. Ein neuentwickelter PCM-Wärmespeicher erlaubte eine verlustarme Speicherung durch gezielte Unterkühlung. Lüftungssysteme zur Kühlung von Büroräumen zeigten eine hohe energetische Effizienz.
Rahmenbedingungen müssen stimmen
PCM-Systeme können äußerst energieeffizient arbeiten, sofern sie fachkompetent umgesetzt und betrieben werden. Unter bestimmten Rahmenbedingungen können sie zudem wirtschaftlich sein. Damit beide Punkte erreicht werden können, müssen entsprechend optimierte Regelstrategien sowie eine vernünftige Inbetriebnahme der PCM-Systeme idealerweise mit einer angeschlossenen Monitoringphase umgesetzt werden. Die Beteiligten konnten im Projekt PCM-Systeme der Industriepartner weiterentwickeln und Pilotobjekte als Referenzanlage umsetzen.
Es wurde auch deutlich, dass PCM-Systeme in der Praxis teilweise nicht optimal betrieben werden. Häufig sind die Regelung oder die Betriebsparameter selbst bei kommerziellen Installationen nicht auf das PCM-System abgestimmt. Dies kann sogar zu einem Mehrverbrauch an Energie führen. So stellten die Nutzer die Thermostate in Schulungsräumen, die mit einem PCM-Kühldeckensystem ausgerüstet waren, fast durchgängig auf Temperaturen von rund 22 Grad und somit unterhalb des Phasenwechselbereichs des verwendeten PCM. Die passive Kühlwirkung des PCM konnte sich somit nicht entfalten, da die aktive Kühlung vorher zuschaltete. Nichtsdestotrotz wurde das ungenutzte PCM jede Nacht aktiv regeneriert.
Die Ergebnisse zeigen, dass Planer, ausführende Gewerke, Gebäudebetreiber und Nutzer einen erheblichen Informations- und Abstimmungsbedarf haben. Dies betrifft vor allem die Auslegung, Installation und den Betrieb von PCM-Systemen. Diese Abstimmung wird besonders bei solchen Systemen schwierig, bei denen die Nutzer mit einbezogen werden müssen. Forschungsbedarf besteht noch bei der Entwicklung geeigneter Regelstrategien. Nur wenn diese beiden Hemmnisse erfolgreich ausgeräumt werden, kann das deutliche Energieeinsparpotenzial der PCM-Systeme genutzt werden. Quelle: Energieoptimiertes Bauen / al