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Wissenschaft populär Ein Infoservice der BASF Wachs in der Wand sorgt für Wohlfühlklima Der Latentwärmespeicher Micronal® PCM der BASF fängt 2. Dezember 2009 Ihr Ansprechpartner Christian Böhme Corporate Media Relations Tel. +49 621 60-20130 Fax +49 621 60-92693 [email protected] Temperaturspitzen im Haus wirksam ab Sommer, Sonne, Sonnenschein – was man sich im Winter herbeigesehnt hat, kann Die Story auch schnell zu viel werden. Vor allem moderne Leichtbauhäuser und Bürokomplexe aus Stahl und Glas, deren transparente Fassade wie ein Treibhaus wirkt, werden dann schnell zur Sauna. Eine Lösung bietet die BASF mit Micronal® PCM, einem mikroverkapselten Latentwärmespeicher auf der Basis von Paraffinwachs, der – integriert in Baustoffen – überschüssige Wärme schluckt. Entscheidend für die Wirkung von Micronal® PCM als Wärmepuffer sind die physikalischen Phänomene beim Übergang des Wachses vom festen in den flüssigen Zustand. Denn bei diesem Phasenübergang wird sehr viel Wärmeenergie – die sogenannte Latentwärme – absorbiert, ohne dass sich die Temperatur des Materials dabei verändert. Diesen Effekt schätzt man an heißen Tagen auch bei den Eiswürfeln im Getränk, die beim Schmelzen große Mengen an Wärme aufnehmen und den Drink so lange kalt halten (siehe Die Mikrometer kleinen Kügelchen des Latentwärmespeichers Micronal® PCM lassen sich gut in Standardbaumaterialien wie Gips und Zement einarbeiten und wirken dort jahrzehntelang als Wärmepuffer. (Fotos: Deutscher Zukunftspreis) Infokasten). Ganz so eisig sollen die Temperaturen in Wohn- und Büroräumen jedoch gar nicht sein, weshalb die Entwickler der BASF statt Wasser hochreine Paraffinwachse als Latentwärmespeicher (auch bekannt als Phase Change Materials oder PCM) ausgewählt haben, deren Schmelzpunkte auf die klimaspezifischen Anforderungen von Gebäuden optimiert wurden. Die Wachse in Micronal® PCM verflüssigen sich je nach Anwendung bei 23 °C oder 26 °C. Dabei absorbieren sie aus der Umgebung große Wärmemengen und bremsen so eine weitere Temperaturerhöhung des Raums. Nachts, wenn die Umgebungstemperaturen fallen, wird die gebundene Wärme beim Erstarren des Wachses wieder frei, und der Wärmespeicher ist bereit für einen neuen Sommertag. So weit die physikalische Theorie. Aber wie lässt sich schmelzendes Wachs in der Praxis sicher in Baustoffe wie Wandputz, Mörtel oder Gipsplatten integrieren? „Unsere Lösung ist die Mikroverkapselung“, antwortet Marco Schmidt vom Unternehmensbereich Dispersions & Pigments der BASF. „Wir ummanteln mikroskopisch kleine Wachströpfchen mit einer praktisch unzerstörbaren Hülle aus Acrylglas, die selbst Bohrern und Sägen widersteht. Dank dieser undurchdringlichen Kapsel kann Te x t , F o t o s u n d G r a f i k z u m D o w n l o a d i m Internet: ww w . b asf . d e/wis s e n s c h a f t_ p o p u la e r BASF SE 67056 Ludwigshafen, Germany Tel. +49 621 60-0 Fax +49 621 60-20129 http://www.basf.de E-Mail: [email protected] Wissenschaft populär Ein Infoservice der BASF Wachs in der Wand sorgt für Wohlfühlklima Der Latentwärmespeicher Micronal® PCM der BASF fängt Temperaturspitzen im Haus wirksam ab kein Wachs austreten.“ Mit einer Partikelgröße von wenigen Mikrometern lassen sich die winzigen Kapseln entweder als Dispersion oder Pulver gut in Putz und Mörtel einarbeiten. Je nach Material ist dabei ein Anteil von 20 bis 40 Prozent Micronal® PCM möglich. Der Kühleffekt, der sich mit den innovativen Micronal® PCM-Produkten erzielen lässt, liegt mit etwa 3 °C bis 4 °C fast in der Größenordnung herkömmlicher Klimaanlagen, die typischerweise auf eine Temperaturdifferenz von 6 °C dimensioniert sind. „Das macht Kühlgeräte entweder ganz überflüssig, oder sie können zumindest wesentlich kleiner ausgelegt werden“, sagt Dr. Peter Schossig vom Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg, mit dem die BASF bei der Entwicklung von PCM seit 1999 eng zusammenarbeitet. Anders als eine Kühlanlage sei Micronal® PCM zudem komplett wartungsfrei, betont Schossig. In Belastungstests ließen die Fraunhofer-Forscher das Material rund 10.000 Mal schmelzen und wieder erstarren und simulierten so einen Dauereinsatz von gut 30 Jahren. „In diesen Tests konnten wir keinerlei Beeinträchtigungen von Funktion oder Material beobachten“, sagt Schossig überzeugt. Das entspricht der Qualitätsstufe A des RAL-Gütesiegels PCM. In den vergangenen Jahren hat Micronal® PCM den Sprung vom Labor in die praktische Anwendung erfolgreich vollzogen. Im sonnigen Freiburg, unweit vom ISE, wurde beispielsweise 2005 das Sonnenschiff, ein zukunftsweisender Gebäudekomplex mit 6.500 Quadratmetern Verkaufs-, Büro- und Wohnfläche, fertiggestellt. Im Winter minimieren konsequente Dämmung und die Ausnutzung der einfallenden Sonnenenergie die Energiekosten des Sonnenschiffs, das weitgehend ohne Heizung auskommt. „Allerdings erfordert diese Bauweise ebenso innovative Ideen, wenn es um den Schutz vor zu viel Sonne im Sommer geht“, sagt SonnenschiffArchitekt Rolf Disch. Ein wichtiger Teil im Kühlkonzept des Hauses seien neben schattenspendenden Jalousien die PCM-Baumaterialien. „So können wir komplett auf energieintensive Klimaanlagen verzichten.“ Das spart Energiekosten und mindert letztlich auch den Ausstoß von Kohlendioxid in die Erdatmosphäre, wie es internationale Klimaschutzabkommen verlangen. Auf diese Weise wirkt Micronal® PCM dem Treibhauseffekt nicht nur in Gebäuden, sondern auch auf globaler Ebene entgegen. Christian Böhme Corporate Media Relations Tel. +49 621 60-20130 Seite 2 Wissenschaft populär Ein Infoservice der BASF Wachs in der Wand sorgt für Wohlfühlklima Christian Böhme Corporate Media Relations Tel. +49 621 60-20130 Seite 3 Der Latentwärmespeicher Micronal® PCM der BASF fängt Temperaturspitzen im Haus wirksam ab BASF produziert Micronal ® PCM im Ludwigshafener Stammwerk. Das Unternehmen ist Die Perspektive der weltweit führende Hersteller von mikroverkapselten Latentwärmespeichern. Eine Reihe von Industriepartnern führt PCM-Baustoffe auf der Basis von Micronal® PCM: Maxit clima® beispielsweise ist ein PCM-Gipsputz von Weber maxit, der für die Temperaturregulierung in Innenräumen verwendet wird. Die Firma H+H Deutschland hat den Latentwärmespeicher der BASF in die Porenbetonsteine integriert. National Gypsum, USA, bietet Micronal® PCM in Form von Gipsbauplatten an. Erhältlich sind auch Lehmbauplatten der Firma Lebast sowie Kühldeckenelemente von Illkazell. Viele weitere Produkte sind in der Entwicklung. Der seit 2006 europaweit vorgeschriebene Energiepass für Gebäude wird das Bewusstsein für den hohen Energiebedarf traditioneller Klimaanlagen weiter schärfen und innovativen Kühlkonzepten mit PCM-Baustoffen weiteren Vorschub leisten. Er ordnet jedes Haus einer Energieeffizienzklasse zu und soll Käufern oder Mietern so bei der Auswahl von Immobilien mit möglichst niedrigen Nebenkosten bei vergleichbarer Ausstattung helfen. Die Grafik Micronal ® PCM – Wärmepuffer für heiße Tage Die auf das Haus treffende Sonnenenergie heizt die Innenräume auf. Ab ca. 26 °C beginnt das mikroverkapselte Wachs zu schmelzen und nimmt die überschüssige Wärme auf. Bei sinkenden Temperaturen in der Nacht erstarrt das Wachs wieder. Die dabei abgegebene Wärme kann durch Lüften aus dem Raum entfernt werden. Micronal® PCM-Kügelchen lassen sich sehr gut in Standardbaumaterialien wie Gips, Zement und Holzfasern einarbeiten. Paraffinwachs Acrylglas Verkapselt in eine hochfeste Hülle aus Acrylglas, behält das Wachs auch nach Jahrzehnten seine Funktion als Wärmepuffer. z. B. Gips oder Zement Wissenschaft populär Ein Infoservice der BASF Wachs in der Wand sorgt für Wohlfühlklima Christian Böhme Corporate Media Relations Tel. +49 621 60-20130 Seite 4 Der Latentwärmespeicher Micronal® PCM der BASF fängt Temperaturspitzen im Haus wirksam ab Im Wandel steckt die Wärme Der Infokasten Latentwärme nennt die Wissenschaft jene Energiemenge, die ein Stoff beim Übergang von einer Phase zur nächsten benötigt – etwa von Eis zu Wasser oder von Wasser zu Dampf. Latent, weil sie sich nicht in Form von Temperaturunterschieden bemerkbar macht. Dank ihr entzieht der schmelzende Eiswürfel der ihn umgebenden Flüssigkeit große Wärmemengen und hält den Longdrink auch im Sommer lange kalt. Denn um ein Kilo Eis von 0 °C zu schmelzen, sind ganze 330 Kilojoule vonnöten – mit der gleichen Energiemenge lässt sich das kalte Wasser auf rund 80 °C erhitzen. Noch viel mehr Energie (zirka 2.200 kJ/kg) schluckt das Verdampfen von 100 °C heißem Wasser zu Wasserdampf derselben Temperatur. Die Menge der gespeicherten Energie und die Temperatur ihrer Phasenübergänge hängen stark vom Material ab. In Paraffinwachsen – wie denen in Micronal® PCM – entscheidet darüber vor allem die Länge der Kohlenwasserstoff-Moleküle: Während Paraffin mit einer Kettenlänge von 16 Kohlenstoff-Atomen bei etwa 20 °C schmilzt, benötigen Ketten mit 18 Kohlenstoff-Atomen dafür bereits 28 °C. So lassen sich durch die Wahl der Kettenlänge Schmelzpunkte zwischen 6 °C und 60 °C einstellen. Das Prinzip des Latentwärmespeichers funktioniert auch in umgekehrter Richtung, etwa in Handwärmern auf der Basis einer Natriumacetat-Lösung. Hier wird die beim Erstarren frei werdende Wärme genutzt. Die gezielte Abgabe der gespeicherten Energie beruht auf einem physikalischen Trick: Durch die große Reinheit der Lösung bleibt diese auch bei Temperaturen weit unter dem Schmelzpunkt zunächst flüssig. Erst bei Bedarf wird gezielt die Kristallisation ausgelöst, die den Handwärmer dann über Stunden auf rund 58 °C erwärmt. Der Beutel mit dem erstarrten Salz lässt sich anschließend im heißen Wasserbad wieder aufladen. Weitere Informationen: http://www.micronal.de http://www.bine.info http://www.ise.fraunhofer.de http://www.deutscher-zukunftspreis.de/content/nominierte-2009 Te x t , F o t o s u n d G r a f i k z u m D o w n l o a d i m Internet: ww w . b asf . d e/wis s e n s c h a f t_ p o p u la e r Mit dem Auflisten der Links zu fremden Websites („Hyperlinks“) macht sich die BASF weder diese Websites noch deren Inhalt zu eigen. Ferner ist die BASF nicht verantwortlich für die Verfüg­bar­ keit dieser Websites oder von deren Inhalten. Hyperlink-Ver­knüpfungen zu diesen Websites erfolgen auf eigenes Risiko des Nutzers.
