Prof. Dr.-Ing. Peer Haller
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31.12.2022

Mit Druckprozessen wurden sehr hohe Beladungen von bis zu 400 kg PCM je m³ Holz (mit Pappel) erreicht, die einer fast vollständigen Ausfüllung der Porenräume entspricht. Fichte ist schwerer tränkbar. Es wurden, ähnlich wie bei Buche, aber dennoch akzeptable Beladungen von ca. 200 kg PCM je m³ Holz erreicht. Zur Reduzierung der Leckage von PCM aus dem Holze wurden Additive beigemengt. Das Leckageverhalten ist holzartenabhängig. Dabei ist eine gute Tränkbarkeit nicht grundsätzlich mit einer großen Leckage verbunden. So wurde bei der Pappel trotz hoher Beladung eine Leckage von maximal ca. 10 % beobachtet. Bei Fichte und Buche ist insbesondere bei hoher Beladung sehr ausgeprägte Leckage zu verzeichnen, die durch Additive signifikant reduziert werden kann. Die Wärmespeicherkapazität im Phasenübergangsbereich erhöht sind entsprechend der Menge des eingebrachten PCM und ist eine Größenordnung größer als bei Holz. Die Biegeeigenschaften werden durch die Tränkung mit PCM nicht wesentlich beeinflusst. Im festen Zustand des PCM ist die Oberflächenhärte gegenüber ungetränktem Holz wesentlich größer. Die Verleimversuche zeigten, dass eine hochqualitative Verklebung möglich ist. Die Brandversuche mit Cone-Kalorimetrie zeigten, dass ungeschütztes PCM-haltiges Holz sich schneller entzündet und mehr Wärme während der Verbrennung für den Brandfortschritt erzeugt als reines Holz. Außerdem wurde das Brandverhalten von Mehrschichtparkett mit PCM in der Mittellage geprüft. Für PCM-haltiges Parkett wurde ein günstigeres Brandverhalten festgestellt als für PCM-freies Referenzelemente. Es wurde ein analytisches Modell zur Simulation der Raumtemperatur unter Berücksichtigung der Wirkung von PCM erstellt. Die Untersuchungen zeigen, dass mit einer praktisch möglichen Menge an PCM die Temperaturamplituden in Innenräumen wirksam reduziert werden können. Auf Grundlage der vorherigen Untersuchungen wurde ein Demonstrator eines multifunktionalen Brettschichtholzquerschnitts erstellt.

Ein großer Teil der in Gebäuden benötigten Energie muss für Heizung oder Kühlung aufgewendet werden, um unbehagliche Raumtemperaturen zu verhindern. Dabei ist im Sommer insbesondere bei mehrgeschossigen Geschäftsgebäuden häufig Kühlung notwendig, während im Winter geheizt werden muss. Während Möglichkeiten einer wirtschaftlichen Energieeinsparung durch Dämmung der Gebäude weitgehend ausgereizt zu sein scheinen, besteht hinsichtlich der Speicherung von Wärmeenergie immer noch ein erhebliches Verbesserungspotential. Als effektive Möglichkeit der Speicherung von Wärmeenergie sind sogenannte Phasenwechselmaterialien (PCM) bekannt, bei denen für den Übergang von der festen in die flüssige Phase Energie zur Lösung der chemischen Bindungen benötigt wird. In diesem Phasenübergangsbereich nehmen derartige Materialien erhebliche Wärmeenergie auf, ohne dass sich die Temperatur wesentlich erhöht. Beispiele für Phasenwechselmaterialien sind u.a. Paraffine und spezielle Salze (z.B. Natriumsulfat/Glaubersalz). Das Ziel des Forschungsvorhabens ist Holz durch Tränkung mit einem PCM zu einem multifunktionalen Baumaterial aufzuwerten, das folgende Eigenschaften aufweist: - Große latente Wärmespeicherfähigkeit - Hohe Dauerhaftigkeit - Geringe Herstellungskosten - Hohe Tragfähigkeit - Gesundheitliche Unbedenklichkeit - Langzeitiger CO2-Speicher Mit PCM getränktes Vollholz (PCM-WOOD) ist eine neue Materialkombination, die bisher weder praktisch genutzt, noch systematisch untersucht wurde. Multifunktionale Tragelemente aus PCM-WOOD wären in der Lage neben der Wärmespeicherung und Temperaturpufferung innerhalb eines Gebäudes auch statische Aufgaben zu übernehmen. Anwendungen wären z.B. Decken und Wände aus Brettstapel- oder Brettsperrholz. In einem ersten Schritt können nichttragende Ausbauelemente wie Fußböden und Wandverkleidungen aber auch Möbel, die die Wärmespeicherung und Temperaturpufferung als zusätzliche Funktion erhalten, als vermarktungsfähige Produkte entwickelt werden.