Potenziale hygrothermisch aktivierter Bauteile (PhyTAB)

Im Rahmen des 2018 abgeschlossenen Forschungsvorhabens "Wärmespeicherfähigkeitsindex" (SWD-10.08.18.7-15.26) wurde unter anderem dargelegt, inwieweit vorgefertigte thermisch aktivierte Bauteile aus Brettsperrholz die Beheizung und Klimatisierung der Räume gewährleisten können. Die thermische Aktivierung erfolgt hierbei über eingefräste Kanäle in den Bauteilen, die luftdurchströmt werden und somit im Winter die Wände aufheizen bzw. im Sommer abkühlen sollen. Als Ergebnis eines Demonstrators konnten erhebliche Heiz- bzw. Kühlpotentiale nachgewiesen werden.
Mit dem 2019 gestarteten Fortsetzungsprojekt „PhyTAB“ sollen die Ergebnisse des Vorgängerprojektes fundiert und die Potentiale weiter verbessert werden. Das Vorhaben baut auf Simulationsberechnungen sowie Messungen im Labor- und Realmaßstab auf, um den optimalen Betrieb der Bauteile und deren Einbindung an die Haustechnik zu beleuchten. Zudem sollen weitere Untersuchungen durchgeführt werden, inwieweit das Gebäude als hygrothermisches Speichermedium genutzt werden kann, um mit einem intelligenten Lastmanagement das Stromnetz zu entlasten. Die Ergebnisse werden in Langzeituntersuchungen in Testkuben unter Realbedingungen validiert.
Im Rahmen von „PhyTAB“ wird insbesondere das Potential von hygroskopisch aktiven Oberflächen (HAO) untersucht mit dem Ziel, dieses Wissen auf die Weiterentwicklung der thermisch aktivierten Massivholzbauteile (TAM) anzuwenden.
Dazu ist geplant, die thermisch aktivierten Massivholzbauteile (TAM) in Bezug auf die Herstellverfahren, Strömungsweggeometrie und optimale spezifische Einbindung der Bauteile an die Gebäudetechnik zu optimieren. Es werden für verschiedene Einsatzszenarien der TAM Planungsgrundlagen geschaffen und produktspezifische Anforderungen von der Herstellung bis zum Rückbau weiterentwickelt. Für die Optimierungen der Heiz- und Kühlleistung sowie die Einbindung des Systems an die Versorgungsstruktur des Gebäudes sollen Anlagensimulationen erfolgen.
Des Weiteren sollen die thermischen Effekte durch die Bauteile weiter optimiert werden. Phänomene wie das Freiwerden von Enthalpie an den hygroskopisch aktiven Oberflächen werden durch Modellierung und messtechnische Validierung nachgewiesen. Dabei werden zunächst verschiedene Materialien bzw. Oberflächen (z.B. Holz, Lehm, Ziegel) grundlegend betrachtet und untersucht. Hierzu sind Vorversuche an verschiedenen Oberflächen in den Klimakammern sowie Langzeitfeldversuche in zwei frei bewitterten Klimatestkuben geplant. Diese an der TU München bereits vorhandenen Testkuben werden umgebaut und mit einem austauschbaren Wandelement für den Einsatz unterschiedlicher Materialien sowie umfangreicher Messtechnik versehen. Durch das Monitoring von hygroskopisch aktiven Oberflächen im periodisch konditionierten Innenraum wird erforscht, inwiefern die hygrothermische Masse von Oberflächenmaterialien Energieeinsparungen bei der Gebäudeklimatisierung ermöglicht.
Bei niedriger Raumluftfeuchte und höheren Temperaturen, beispielsweise tagsüber durch solare Einstrahlungen, desorbiert Feuchtigkeit aus hygrothermisch aktive Oberflächen und wirkt somit kühlend. Nachts, bei niedrigeren Lufttemperaturen und höherer relativer Feuchte adsorbiert wiederum Feuchte aus der Luft an der Bauteiloberfläche und deren Oberflächentemperatur steigt. Dieser idealisierte selbstregulierende Prozess wird in Versuchen messtechnisch überprüft und das Potential mittels Simulationen weiter quantifiziert.