@phdthesis{Hoffmann2006,
  author    = {Hoffmann, Sabine},
  title     = {Numerische und experimentelle Untersuchung von Phasen{\"u}bergangsmaterialien zur Reduktion hoher sommerlicher Raumtemperaturen},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.823},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20070709-8790},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  year      = {2006},
  abstract  = {Moderne B{\"u}roarchitektur mit R{\"a}umen in Leichtbauweise und großen transparenten Fassa-denanteilen versch{\"a}rft im Zusammenwirken mit hohen internen Lasten die Problematik der sommerlichen {\"U}berhitzung in Geb{\"a}uden. Phasen{\"u}bergangsmaterialien (PCM: phase change materials) stellen eine interessante M{\"o}glichkeit dar, sommerliche {\"U}berhitzung in Geb{\"a}uden ohne aufw{\"a}ndige Anlagentechnik wie beispielsweise Klimaanlagen zu reduzieren. Der thermische Komfort in R{\"a}umen, die mit einem PCM-Putz ausgestattet sind, kann signifikant erh{\"o}ht werden. Die Arbeit untersucht Anwendungsm{\"o}glichkeiten und Optimierungspotential eines PCM-Putzes auf experimentelle und numerische Weise. Zur Untersuchung des PCM-Putzes wurden materialtechnische und experimentelle sowie numerische und numerisch-analytische Methoden eingesetzt. Die Kenntnis der thermischen Parameter des PCM-Putzes ist unabl{\"a}ssig f{\"u}r die Berechnung der m{\"o}glichen Temperaturreduktionen. Zur Bestimmung der Latentw{\"a}rme, des qualitativen Schmelz- und Erstarrungsprozesses sowie des Temperaturintervalls, in dem der Phasen{\"u}bergang stattfindet, wurden Messungen mit einem Differential Scanning Calorimeter (DSC) durchgef{\"u}hrt. F{\"u}r die experimentelle Untersuchung des PCM-Putzes wurden zwei identische Testr{\"a}ume in Leichtbauweise erstellt. Die R{\"a}ume wurden im Verifikationsobjekt „Eiermannbau" des Sonderforschungsbereiches SFB 524 der Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar gemessen. Nach der {\"U}berpr{\"u}fung, dass sich beide R{\"a}ume thermisch gleich verhalten, wurde ein Raum mit dem PCM-Putz und der zweite Raum mit einem vergleichbaren Innenputz ohne PCM verputzt. Thermoelemente zur Temperaturmessung im Bauteil, an der Oberfl{\"a}che und zur Raumlufttemperaturbestimmung wurden angebracht und mit einer Messwerterfassungsanlage verbunden. Der Verlauf der Außenlufttemperatur und die Globalstrahlung am Standort der Versuchsr{\"a}ume wurden aufgezeichnet, um einen Klimadatensatz zu erstellen. F{\"u}r die Berechnung der Temperaturverteilung in einem PCM-Bauteil mit kontinuierlichem Phasen{\"u}bergang existiert keine geschlossene analytische L{\"o}sung. Daher wurde ein numerischer Ansatz gew{\"a}hlt, bei dem der Phasen{\"u}bergang im Temperaturbereich T1 bis T2 mit Hilfe einer temperaturabh{\"a}ngigen W{\"a}rmekapazit{\"a}t c(T) innerhalb der erweiterten Fou-rier'schen W{\"a}rmeleitungsgleichung dargestellt wird. Die Funktion c(T) wird auf Basis der DSC-Messungen bestimmt. Die Modellierung erfolgte mit einem Finite-Differenzen-Verfahren auf Grundlage der Fourier'schen W{\"a}rmeleitungsgleichung. Im Rahmen der Arbeit wurde ein PCM-Modul entwickelt, das in ein Geb{\"a}udesimulationsprogramm implementiert wurde. Mit dem neuen Modul lassen sich sowohl die Temperaturverl{\"a}ufe in einem PCM-Bauteil wie auch seine Wechselwirkung mit dem Raumklima darstellen. Eine Validierung des entwickelten PCM-Moduls anhand von zahlreichen experimentellen Daten der Versuchsr{\"a}ume wurde f{\"u}r das PCM-Modul erfolgreich durchgef{\"u}hrt. Sommerliche {\"U}berhitzungsstunden k{\"o}nnen durch PCM in Wand- und Deckenelementen deutlich reduziert werden. Der PCM-Putz eignet sich vor allem f{\"u}r Anwendungen in Leichtbauten wie z.B. moderne B{\"u}ror{\"a}ume. In R{\"a}umen, in denen bereits eine ausreichende thermische Masse vorhanden ist, ist die Temperaturreduktion durch PCM nur gering. Kann das PCM w{\"a}hrend der Nachtstunden nicht erstarren, ersch{\"o}pft sich seine F{\"a}higkeit zur Latentw{\"a}rmespeicherung. Erh{\"o}hte Nachtl{\"u}ftung f{\"u}hrt bei entsprechend niedrigen Außentemperaturen zu h{\"o}herem W{\"a}rme{\"u}bergang und kann damit zur besseren Entladung des PCM beitragen. Im Rahmen der Dissertation konnten Aussagen zur idealen Phasen{\"u}bergangstemperatur in Abh{\"a}ngigkeit des verwendeten Materials und der Schichtdicke getroffen werden. Die Reduktion der Oberfl{\"a}chentemperaturen, die sich bei Einsatz eines PCM-Putzes unter geeigneten Randbedingungen ergibt, betr{\"a}gt 2.0 - 3.5 K f{\"u}r eine Putzschicht von 1 cm und 3.0 - 5.0 K f{\"u}r eine Putzschicht von 3 cm. Diese Werte wurden sowohl numerisch als auch durch experimentelle Untersuchungen ermittelt. Die Reduktion der Lufttemperaturen aufgrund einer Konditionierung des Raumes mit PCM-Putz betr{\"a}gt bei geeigneten thermischen Verh{\"a}ltnissen ca. 1.0 - 2.5 K f{\"u}r eine Putzschicht von 1 cm und 2.0 - 3.0 K f{\"u}r eine Putzschicht von 3 cm. Die operative Temperatur als wichtiger Komfortparameter kann durch den Einsatz des PCM-Putzes um bis zu 4 K gesenkt werden. Damit l{\"a}sst sich mit Hilfe eines PCM-Putzes die thermische Behaglichkeit in einem Raum deutlich erh{\"o}hen.},
  subject      = {Bauphysik},
  language  = {de}
}