Phasenwechselmaterial (PCM)

Was ist ein Phasenwechselmaterial?

Ein Phasenwechselmaterial (PCM) ist ein Stoff, der große Wärmemengen speichert und wieder abgibt, während er zwischen festem und flüssigem Zustand wechselt, und zwar bei nahezu konstanter Temperatur. In Gebäuden werden PCM in Wandverkleidungen, Estriche oder Platten eingebaut, damit ein leichter Bau einen Teil der Wärmespeicherfähigkeit erhält, die ein schweres Massivhaus von Natur aus besitzt. Die gebräuchlichsten Bau-PCM sind Paraffinwachse und Salzhydrate. Beide werden wegen ihrer Schmelztemperaturen ausgewählt, die nahe am Komfortbereich der Raumtemperatur liegen.

Die Produktgruppe ist parallel zum Leichtbau gewachsen, bei dem das Haus von vornherein weniger eingebaute Masse besitzt. Sie steht neben der thermischen Masse, der klassischen Methode, mit der Gebäude Temperaturschwankungen abpuffern, und beide werden häufig verwechselt. Dieser Artikel erklärt, wie PCM funktionieren, wo sie in einem Holzhaus eingesetzt werden und warum sie in der Slowakei eine Spezialoption und keine Standardlösung sind.

Wie speichert ein PCM Wärme?

Gewöhnliche Baustoffe speichern Wärme als fühlbare Wärme: Ihre Temperatur steigt, wenn sie Energie aufnehmen. Die gespeicherte Menge hängt von der Masse, der spezifischen Wärmekapazität des Materials und der Größe der Temperaturänderung ab. Ein PCM bildet einen zweiten Speicher. Erreicht es seinen Schmelzpunkt, nimmt es Wärme auf und bleibt dabei ungefähr auf derselben Temperatur, weil die Energie in die Veränderung der Struktur des Materials fließt. Man nennt dies latente Wärme. Kühlt der Raum nachts ab, erstarrt das Material wieder und gibt diese Wärme an den Raum zurück.

Deshalb kann ein PCM innerhalb eines engen Temperaturbands eine große Wärmemenge halten, weit mehr als eine Gipsplatte oder eine Holzplatte gleicher Dicke. Der Haken ist, dass der Effekt nur in dem Bereich wirkt, in dem das Material den Aggregatzustand wechselt. Außerhalb dieses Bereichs verhält sich das PCM wie ein gewöhnlicher, eher leichter Baustoff.

Wo werden PCM in einem Holzhaus eingesetzt?

Im Holzrahmenhaus (drevostavba) fehlen die schweren Schichten, die üblicherweise die Masse liefern. Deshalb werden PCM-Produkte meist auf bereits vorhandene Innenflächen aufgebracht. Die drei üblichen Einbauorte unterscheiden sich darin, wie viel Fläche sie bieten und wie schwierig es ist, sie später nachzurüsten.

Einbauort	Typische Form	Vorteil	Nachteil
Gipskartonplatte (sadrokartón)	Platte mit in Mikrokapseln eingeschlossenem PCM oder mit PCM laminiert	Passt in den üblichen Trockenbau-Ablauf und bietet eine große freiliegende Fläche	Erhöht die Kosten pro Quadratmeter, und die Platten müssen sorgfältig gehandhabt und befestigt werden
Estrich (poter)	Granulat oder Pellets, die in den Estrich eingemischt werden	Die Wärme erreicht das Material sowohl vom Boden als auch vom Raum her	Verändert das Verhalten des Estrichs, muss daher vor dem Einbringen festgelegt werden und ist später schwer zu ändern
Verglasungs- oder Sonnenschutzelemente	Paneele oder Zwischenlagen, die in Isolierglaseinheiten eingebaut sind	Kann auf die Sonnenstrahlung einwirken, bevor sie in den Raum gelangt	Spezialprodukt, meist teurer und im Wohnungsbau selten eingesetzt

Gipskartonplatten sind die häufigste Lösung im Leichtbau, weil sie ein vertrautes Trockenbauprodukt sind, das sich in den normalen Bauablauf einfügt. Estrich- und Verglasungslösungen werden seltener eingesetzt. Sie erfordern, dass Planer und Lieferant die Details vor Baubeginn abstimmen.

Worin unterscheidet sich ein PCM von der thermischen Masse?

Thermische Masse ist die allgemeine Eigenschaft schwerer Materialien wie Beton, Ziegel und Naturstein, Wärme aufzunehmen und langsam wieder abzugeben. Ein PCM ist ein Spezialmaterial, das mit deutlich weniger Volumen einen ähnlichen Puffereffekt erzielt, aber nur nahe seines Schmelzpunkts. Die Tabelle zeigt die praktischen Unterschiede, die bei der Wahl zwischen beiden wichtig sind.

Eigenschaft	Konventionelle thermische Masse	Phasenwechselmaterial
Wie Wärme gespeichert wird	Fühlbare Wärme über den gesamten Temperaturbereich	Latente Wärme bei einem engen, festen Schmelzpunkt
Benötigtes Volumen	Groß, meist tragendes Mauerwerk oder Beton	Gering, als Platte oder Estrichschicht
Verhalten im Jahresverlauf	Wirkt in jeder Jahreszeit, sobald die Masse eingebaut ist	Wirkt nur, wenn die Temperaturen den Schmelzpunkt überschreiten
Eignung für den Holzrahmenbau	Benötigt eine zusätzliche schwere Schicht am Rahmen	Kann auf die vorhandene Trockenbekleidung aufgebracht werden
Kosten und Verfügbarkeit in der Slowakei	Ausgereifte, vertraute Lieferkette	Nischenprodukt mit höheren Kosten und einer kleineren Lieferbasis

Ein PCM ersetzt die thermische Masse in einem bereits schweren Haus nicht. Im leichten Holzhaus kann es einen Teil der sonst fehlenden Pufferwirkung ergänzen. Ein gut verschattetes, nachts belüftetes Haus leistet für den sommerlichen Komfort jedoch meist mit einfacheren Mitteln mehr.

Lohnt sich ein PCM im slowakischen Wohnungsbau?

Für die meisten Häuser in der Slowakei ist ein PCM keine erste Maßnahme. Es ist eine Nischenlösung und kostspielig, die in der Standardpraxis selten vorgesehen wird. Sommerliche Überhitzung, das Problem, das ein PCM lösen soll, ist im Leichtbau mit großen Verglasungen dringlicher. Die günstigsten und zuverlässigsten Lösungen sind außenliegender Sonnenschutz, eine sinnvolle Fensterausrichtung und nächtliche Lüftung. Diese Maßnahmen wirken unabhängig davon, woraus das Haus gebaut ist. Sie halten die Wärme zurück, bevor sie in den Raum gelangt, statt sie erst nachträglich zu speichern.

Ein PCM ist in einer engeren Auswahl von Fällen sinnvoll:

• ein Leichtbauhaus mit großen Verglasungen nach Süden oder Westen, wo außenliegender Sonnenschutz nicht angebracht werden kann, etwa an einer geschützten Fassade;
• ein Raum im Dachgeschoss oder ein Dachausbau, bei dem ein Trockenbau-Upgrade ohnehin geplant ist;
• eine Planung, bei der die Überhitzungsprüfung zeigt, dass Maßnahmen außen allein nicht ausreichen.

Behandle das PCM als einen Posten, der begründet werden muss. Verlange vom Lieferanten vor der Entscheidung schriftlich den Schmelzbereich, das Verhalten bei wiederholten Zyklen und die Brandschutzklassifizierung.

Welche verbreiteten Missverständnisse gibt es über PCM?

Das erste Missverständnis lautet, ein PCM sei ein Dämmstoff. Das ist es nicht. Es speichert Wärme, statt ihren Fluss zu verlangsamen, und ersetzt deshalb keine ordentlich gedämmte Gebäudehülle.

Das zweite lautet, ein PCM wirke allein. Es nimmt tagsüber Wärme auf und braucht eine kühle Phase in der Nacht, um wieder zu erstarren. Bleibt der Raum nachts warm, lädt sich das Material nie wieder auf und hört bald auf zu helfen. Die Nachtlüftung ist daher Teil der Planung und kein optionales Extra.

Das dritte lautet, ein PCM mache Sonnenschutz überflüssig. Sonnenschutz stoppt solare Gewinne am Fenster, während ein PCM nur die Wärme hält, die hereingekommen ist. Sobald der Speicher voll ist, bleibt zusätzliche Wärme einfach im Raum. Die beiden Maßnahmen ergänzen sich, sind aber nicht austauschbar. Deshalb sollte das Risiko sommerlicher Überhitzung vor der Festlegung eines PCM bewertet werden.