Pobierz pełny numer IZOLACJI

Pełny numer IZOLACJI 6/2018 [PDF]

możesz pobrać BEZPŁATNIE - po prostu ZAREJESTRUJ konto w portalu

Zastosowanie materiałów zmiennofazowych (PCM) do zwiększenia bezwładności cieplnej budynków

dr inż. Maciej Jaworski  |  18.10.2010

Szeroko pojęty sektor budownictwa w krajach Unii Europejskiej jest konsumentem ok. 37% energii finalnej. Dwie trzecie tego zużycia jest związane z potrzebą zapewnienia warunków komfortu cieplnego, czyli ogrzania bądź chłodzenia pomieszczeń [1]. Szczególnie duża konsumpcja energii występuje w budynkach użyteczności publicznej. W tych budynkach wskaźnik zużycia (w kWh/m2/a) jest dwa do sześciu razy większy, odpowiednio w biurach i restauracjach, niż w mieszkaniach w budynkach wielorodzinnych. Liczby te pokazują, że w sektorze tym istnieje bardzo duży potencjał oszczędności energii, przede wszystkim przez racjonalizację jej zużycia.

Do najważniejszych czynników wpływających na ilość energii niezbędną do utrzymania w pomieszczeniach wymaganych warunków termicznych należą:

  • warunki klimatyczne w danym regionie (temperatura otoczenia, szybkość wiatru, nasłonecznienie)
  • struktura budynku i właściwości termofizyczne materiałów konstrukcyjnych (grubość ścian, ich właściwości izolacyjne, powierzchnia okien)
  • źródła ciepła (oświetlenie, urządzenia elektryczne, liczba pracujących osób)
  • krotność wymiany powietrza
  • rodzaj instalacji ogrzewania/klimatyzacji.

Na rysunku 1 pokazano przykładowe roczne przebiegi temperatury otoczenia oraz wewnątrz pomieszczenia bez zainstalowanych urządzeń ogrzewania/klimatyzacji [2]. Linia czarna pokazuje temperatury w pomieszczeniu wykonanym z betonu o przewodności cieplnej λ = 0,5 W/(m·K) oraz pojemności cieplnej ρcp = 1,4 MJ/(m3·K).

Jak widać w długich okresach roku występuje konieczność ogrzewania lub chłodzenia w celu zapewnienia warunków komfortu cieplnego (określonego przez zakres temperatury tL - tH). Analizy przepływów ciepła w budynku oraz między budynkiem a otoczeniem wskazują, że istnieje możliwość uzyskania płaskiej krzywej zmian temperatury wewnętrznej przez poprawę izolacji budynku oraz, przede wszystkim, przez zwiększenie pojemności cieplnej konstrukcji budynku.

Krzywa żółta na rysunku pokazuje zmiany temperatury w pomieszczeniu, które zostało zaizolowane (zastosowano izolację o przewodności cieplnej λ = 0,05 W/(m·K)), ale również wykorzystano materiał konstrukcyjny (hipotetyczny) o dużej pojemności cieplnej – ρcp= 100 MJ/(m3·K). W wyniku takich zabiegów temperatura wewnętrzna mieści się w zakresie komfortu cieplnego mimo dużych zmian w otoczeniu.

 

Rys. [2]
Rys. 1. Przykładowe, roczne przebiegi temperatury otoczenia oraz w pomieszczeniach wykonanych z materiałów o różnych właściwościach cieplnych [2]


Współczesne technologie wznoszenia budynków, szczególnie budynków biurowych, bazują na lekkich materiałach, które spełniają wymogi izolacji cieplnej, ale mają bardzo małą pojemność cieplną. Efektywne zwiększenie pojemności (bezwładności) cieplnej budynku, bez znaczącego zwiększania jego masy, jest możliwe przez zastosowanie tzw. materiałów zmiennofazowych (ang. phase change materials, PCM).

Duża pojemność cieplna tych materiałów jest wynikiem przemiany fazowej (topnienie-zestalanie) zachodzącej w zakresie zmian temperatury w pomieszczeniu. Metoda ta została zaproponowana już w latach 70. XX w., jednak wyraźny postęp w jej wdrażaniu obserwuje się w dopiero w ostatnich latach, co wynikało z konieczności opracowania technologii wytwarzania trwałych elementów budowlanych z materiałami PCM.

Wykorzystanie materiałów zmiennofazowych do podwyższenia pojemności cieplnej materiałów budowlanych jest uzasadnione tylko w umiarkowanej strefie klimatycznej, gdzie temperatury otoczenia są zarówno wyraźnie wyższe jak i wyraźnie niższe (także w cyklu dobowym w okresie letnim) od temperatur określających komfort cieplny. Materiały zmiennofazowe powinny bowiem podlegać cyklicznej przemianie fazowej – wtedy pochłaniane i uwalniane jest ciepło przemiany fazowej. Przemiany te powinny być wymuszane przez czynniki naturalne, tzn. wysoka temperatura w ciągu dnia powoduje topnienie materiału, a niska temperatura w nocy ułatwia odbiór ciepła i zestalenie materiału.

W tablicy 1 zestawiono wartości pojemności cieplnej wody, wybranych materiałów budowlanych oraz jednego z materiałów PCM, który jest rozważany do zastosowań w budownictwie. W przypadku materiału PCM podane wartości ciepła właściwego są wartościami efektywnymi, uwzględniającymi ciepło przemiany fazowej. Widać wyraźną różnicę pojemności cieplnej nawet w odniesieniu do wody.

Materiał Gęstość (kg/m3) Ciepło właściwe (kJ/(kg·K) Ciepło właściwe (MJ/(m3·K)
Woda 1000 4,2 4,2
Beton 2300 1,0 2,3
Stal 7800 0,47 3,67
Płyta gipsowa 1400 0,84 1,18
Cegła 1600 0,84 1,34
Drewno 600 1,6 0,96
PCM 870-1000 18,0 15,7-18
Tablica 1. Porównania pojemności cieplnej różnych materiałów (PCM – mieszanina kwasów tłuszczowych, temperatura topnienia 22°C, pojemność cieplna – efektywne ciepło właściwe – w zakresie temp. 18–28ºC [3])

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Jak zatrzymać ciepło i ochronić dom przed zimnem?


Markizy tarasowe oraz markizy balkonowe sprawdzają się idealnie także w domach jednorodzinnych. Dużym zainteresowaniem... ZOBACZ »


Najlepszy system stropowy?


Betonowe stropy można produkować na różne sposoby – z betonu przygotowanego na placu budowy lub w fabryce, gdzie panują kutemu optymalne warunki. ZOBACZ »


"Wirtualne malowanie" - wykonaj sam symulację online »

Dobierz najlepszy materiał izolacyjny »

Obok wiedzy na temat produktów, równie istotna jest znajomość technologii, którą... czytaj dalej » Niski poziom ochrony cieplnej generuje wysokie koszty utrzymania budynku, stanowiące duże obciążenie budżetu... czytaj dalej »


Zgarnij bony o wartości 100zł. Zobacz jak »

Jak dobrać posadzkę do obiektu?

3 kroki do Super CashBack
czytaj dalej »

Wybierz posadzkę, która będzie funkcjonalna i łatwa w czyszczeniu... czytaj dalej »

Czym skutecznie zaizolować fundament?

Zadaniem hydroizolacji jest zablokowanie dostępu wody i wilgoci do wnętrza obiektu budowlanego. Istnieje kilka rodzajów izolacji krystalizujących, a ich znajomość ułatwia zaprojektowanie i wykonanie szczelnej budowli. czytaj dalej »

 


Jak zapewnić trwałość mocowania elewacji?


Wsporniki przejmują ciężar muru i za pomocą zabetonowanych szyn kotwiących lub kotew przekazują go na ścianę nośną... ZOBACZ »


Płynne membrany poliuretanowe - gdzie je stosować?

Uszczelnianie obiektów inżynieryjnych - jak to robią specjaliści?

Siła związania do podłoża przekraczająca 20 kg/cm2, wysoka odporność na niszczące czynniki eksploatacyjne...
czytaj dalej »

Jak prawidłowo chronić ściany fundamentwe i zapewnić gwarancję żywotności obiektu? czytaj dalej »

Jak wykonać trwałe posadzki?

Jakich technologii oraz materiałów użyć do wykonania podłóg przemysłowych, naprawy betonów lub przeprowadzenia renowacji posadzek?  czytaj dalej »


Dowiedz się więcej o hydroizolacji dachów »

Chcesz ograniczyć straty ciepła z budynku? Zobacz »

Dostarczamy innowacyjne systemy hydroizolacji oraz pokryć dachowych, mające na celu zmianę sposobu życia i pracy naszych klientów... czytaj dalej » W obecnych czasach rosnące ceny energii cieplnej i elektrycznej skłaniają do analizy strat ciepła w budynkach mieszkalnych. Jedynym sposobem ograniczenia kosztów jest... czytaj dalej »

Jak mocować elewacje wentylowane?


Jak w realnych warunkach zachowują się różne systemy mocowań elewacji wentylowanych? ZOBACZ »


Fakty i mity na temat szarego styropianu »

Jak zabezpieczyć rury przed stratami ciepła?

Od kilku lat rośnie popyt na styropiany szare. W Niemczech i Szwajcarii większość spr... czytaj dalej » Czym powinieneś kierować się przy wyborze odpowiedniej izolacji rur? czytaj dalej »

Innowacyjny system kompozytowych wzmocnień konstrukcji »


W przypadku gdy temperatura przekroczy temperaturę zeszklenia, wówczas żywica nie jest... ZOBACZ »


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników portalu Izolacje.com.pl... dowiedz się więcej »
Alpha Dam Alpha Dam
O FIRMIE Alpha Dam Sp. z o.o. produkuje od ponad 10 lat profesjonalne materiały wodochronne i przeciwwilgociowe dla budownictwa.  Do 2008...
9/2019

Aktualny numer:

Izolacje 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Nowoczesne rozwiązania elewacyjne
  • - Jakość wykonania izolacji z szarego styropianu
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl

.