GK-Platten mit Latentwärmespeicher für das LuMit in Ludwigshafen

Das LuMit stellt in mehrerer Hinsicht ein bundesweites Novum dar. Die Luwoge, das Wohnungsunternehmen der BASF SE, bündelt in dem Mitarbeiterzentrum für Work-Life-Management in Ludwigshaven ein vielfältiges Angebot für die BASF-Mitarbeiter. In drei neuen Gebäuden direkt neben dem Werksgelände entstanden etwa 7900 m² Nutzfläche für Kinderbetreuung, Sport und Gesundheitsförderung sowie Sozial- und Pflegeberatung. Seine Größe, der vernetzte Ansatz und nicht zuletzt die mit einem Latentwärmespeicher kombinierte Gipsplatte „Knauf Comfortboard 23“, die das Raumklima der Kinderkrippe in Zusammenspiel mit geregelter Nachtlüftung komfortabel regelt, machen das neu errichtete Ensemble in Ludwigshafen bundesweit einzigartig.

Zwei der Neubauten, die von der Kinderkrippe genutzt werden, sind beinahe baugleich. Beide Gebäude haben identische Grundrisse und bieten mit je 824 m² Hauptnutzfläche Platz für sechs Gruppen mit je zehn Kindern. Der einzige Unterschied repräsentiert gleichzeitig das technische Highlight des Bauvorhabens. Während die Innenwände und Decken des einen Gebäudes in Trockenbauweise mit Standardbeplankungen versehen sind, kommt beim zweiten Gebäude das „Knauf Comfortboard 23“ zum Einsatz. Sämtliche Deckenflächen der Gruppen- und Hauptaufenthalts- sowie Schlafräume und ein jeweils rund 1 m hoher Wandstreifen unterhalb dieser Decken sind mit der thermisch aktiven Gipsplatte beplankt. Nach außen hin ist diese von einer Standardlösung nicht zu unterscheiden. Doch hinter der Hülle verbirgt sich Micronal PCM (PCM = Phase Change Material), ein Latentwär­me­speicher, der selbstständig auf Temperaturänderungen reagiert und diese ausgleicht.

Kühlen nach dem Prinzip der Eiswürfel

„Micronal PCM besteht im Wesentlichen aus Paraffin­wachs, das auf Temperaturveränderungen in etwa so reagiert wie ein Eiswürfel. Beim Schmelzen in einem Getränk nimmt er Wärme aus der Umgebung auf, beim Erstarren im Eisfach gibt er sie an die Umgebung ab. Während der Phasenumwandlung von fest zu flüssig und umgekehrt bleibt seine Temperatur konstant bei 0 °C. Diese in der Phasenumwandlung versteckt gespeicherte Wärme wird als latente Wärme bezeichnet“, erklärt Kresimir Cule, Produkt Manager Business Management Micronal PCM bei BASF SE. Anders als der Eiswürfel schmilzt Micronal PCM allerdings nicht bei 0 °C, sondern erst, wenn die Raumtemperatur etwa 23 °C übersteigt, etwa aufgrund der Außentemperatur oder anderer Wärmequellen wie Leuchten, elektrischen Geräten oder der Energie, die der Mensch selbst ausstrahlt. Statt den Raum weiter aufzuheizen, wird die Umgebungstemperatur in den mit dem Comfortboard beplankten Decken und Wänden gespeichert. Die Raumtemperatur bleibt konstant.

Geringere Investitions­kosten, weniger Wartung

Sinkt die Raumtemperatur verfestigen sich die PCM-Perlen wieder und stehen dann für einen neuen Einsatz bereit. „Wir haben im Vorfeld der Bauarbeiten am LuMit mithilfe einer thermodynamischen Simulation die Wirkungsweise von Micronal PCM in einem Bürogebäude untersucht. Dabei sind wir zum Ergebnis gekommen, dass wir mit dem Comfortboard 23 und Nachtkühlung sowie entsprechendem Luftwechsel die Zahl der Tage deutlich reduzieren können, an denen wir mit Raumtemperaturen über 26 Grad rechnen müssen“, versichert Leif Kjöstvedt, Architekt bei dem mit dem Bau von LuMit betrauten Generalunternehmens Luwoge Consult GmbH. Während ein normales Einfamilienhaus in der Regel nachts mithilfe geöffneter Fenster abgekühlt wird, benötige ein Bürogebäude mit entsprechenden Sicherheitsrisiken oft ein alternatives Kühlkonzept. Beispielsweise kann mit Hilfe einer Lüftungsanlage die kühle Nachtluft mechanisch ins Gebäude gebracht und so für Regeneration gesorgt werden. „Ein anderer Ansatz ist der, über aktive Kühle (beispielsweise durch Klimageräte) die Micronal PCM-Kapseln wieder in den Ursprungszustand zu versetzen“, sagt Kresimir Cule. „Trotz der dafür notwendigen Energie biete diese Variante im Vergleich zur regulären Kühlung während des Tages mehrere Vorteile. Zum einen kann man die Kühldauer ausdehnen und so zeitkritische Spitzen vermeiden, kann die Geräte also geringer dimensionieren. Daraus resultieren niedrigere Investitions- und Wartungskosten“, so Cule weiter. Da der Latentwärmespeicher in einem Bauprodukt integriert sei, das im LuMit sowieso verarbeitet werden musste, sei mit dem Einbau auch arbeitstechnisch kein Mehraufwand verbunden, ergänzt Architekt Kjöstvedt.

Lebensdauer unendlich

Die einzelnen Paraffinwachsperlen sind mit 3 bis 5 Mikrometer Größe rund 20- bis 40-mal kleiner als ein menschliches Haar dick ist und in dieser Form vollkommen unempfindlich. Paraffin reagiere mit nichts und paare sich auch mit nichts, versichert Kresimir Cule. Zudem sei das Material beliebig lange nutzbar, „da Micronal PCM der höchsten Zyklenklasse A des RAL Gütezeichens für Latentwärmespeicher angehört. In Testverfahren haben wir den Latentwärmespeicher 10 000-mal kristallisiert und aufgeschmolzen und keinerlei Veränderung der Leistungsfähigkeit festgestellt. Ein weiterer Vorteil der Mikroverkapselung ist, dass das mit Micronal PCM bestückte Comfortboard 23 wie jede andere Gipsplatte auch verarbeitet und genutzt werden kann. Sägen, bohren oder ähnliches stellt kein Problem dar, denn wie bei einer anderen Standardplatte auch bröselt an der bearbeiteten Stelle ein wenig Gipsstaub ab, mehr nicht“, erläutert der BASF Produktmanager.

Aus diesem Grund unterscheidet sich auch der Einbau der Platte nicht von anderen Gipsplatten. „Die Wände in der LuKids-Krippe setzen sich aus zweifach beplankten Metallständerkonstruktionen zusammen“, erläutert Wilke Pahl, Abteilungsleiter Trockenbau von der Schmid Maler und Trockenbau GmbH & Co KG, und Leiter im Projekt LuKids. Als untere Lage dienen Knauf Bauplatten. Die obere Lage besteht in Teilen aus 12,5 mm dicken Comfortboards 23, die mit „Diamantschrauben“ befestigt wurden. Rund 850 m² Wandfläche wurden auf diese Weise konstruiert. Als Sonderanfertigung kamen Comfortboards außerdem als gelochte Akustikplatte zum Einsatz. „Auf rund 600 m² Deckenfläche wurden die Comfortboards in Form von akustisch wirksamen Lochplatten abgehängt, um neben dem Raumklima auch den Lärmpegel in den Räumen zu optimieren“, ergänzt Wilke Pahl. Damit die Verschraubungen nicht ausbrechen, bohrten die Trockenbauer die dort notwendigen Befestigungen vor.

Im Vorfeld hatten Experten genau berechnet, wie hoch der Anteil der Comfortboards 23 sein muss, um die Krippenräume optimal zu klimatisieren. „Im Regelfall muss diese Fläche identisch sein mit der Raumfläche. Dabei muss natürlich berücksichtigt werden, dass etwa akustisch wirksame Platten aufgrund des Lochanteils letztlich weniger Fläche ausmachen“, betont Architekt Kjöstvedt. Um den Wirkungsgrad und die Vorteile der klimatischen Optimierung mit Comfortboards auch langfristig berechnen zu können, ließ Luwoge Consult im Gebäude zudem Regler und Test­geräte einbauen und ein Monitoringsystem imple­mentieren. Das Fraunhofer ISE in Freiburg wird die Messungen leiten und die Ergebnisse auswerten, damit die heutigen Highlights im LuMit möglichst bald in anderen Bauvorhaben zum Alltag werden können.