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


Uszczelnianie trudnych powierzchni! Zobacz, jak to zrobić skutecznie »


Doszczelniając przegrodę od strony wewnętrznej budynku ograniczamy przenikanie pary wodnej do warstwy izolacyjnej, natomiast... ZOBACZ »



Tych fachowców najczęściej poszukują Polacy »

Ogromna skuteczność tłumienia hałasu! Sprawdź »

3/4 Polaków deklaruje, że potrzebuje fachowca do wykonania pracy w domu lub mieszkaniu. Najczęściej poszukiwanym jest...
czytaj dalej »

Jak skutecznie wytłumić dźwięki w pomieszczeniach? Czym zaizolować podłogi, ściany i sufity? 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 »

 


Co warto wiedzieć o polimocznikach?

Doskonałe rozwiązanie do izolacji dachów płaskich »

Technologia polimoczników oparta jest na zastosowaniu dwuskładnikowych powłok nakładanych metodą natrysku... czytaj dalej » Hydroizolacja dachów odbywa się przy pomocy wałków lub natryskowo - najlepszą w danym przypadku metodę dobiera się... czytaj dalej »

Ochroń wnętrze domu przed silnym słońcem » »


Markizy, żaluzje, pergole, rolety - które rozwiązanie sprawdzi się w Twoim przypadku? 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 »

Akustyczne płyty ścienne i sufitowe »

Energooszczędne płyty warstwowe z izolacją z wełny mineralnej o unikalnych właściwościach przeciwpożarowych i strukturalnych...  czytaj dalej »


Jak zabepieczyć ocieplenie przed rwącym wiatrem?

Wykańczasz dom i potrzebne Ci wysokiej jakości materiały?

Siły działające na wybrany system ociepleń przenoszone są zarówno przez zaprawę klejową, jak i łączniki fasadowe. Dzięki...
czytaj dalej »

Dopasuj rozwiązanie do Twoich potrzeb i rodzaju wykonywach prac... czytaj dalej »

Jak trwale zabezpieczyć budynki przed wodą?

Skutecznie zabezpiecz budowane konstrukcje przed pożarem »

Rozwijamy kreatywne rozwiązania dla osiągniecia pożądanego sukcesu nawet w przypadku specjalnych projektów czytaj dalej » Masywne elementy budowlane w starych obiektach często nie spełniają wymagań przeciwpożarowych określonych w obowiązujących przepisach. czytaj dalej »

Jak naprawić przeciekający dach lub balkon?


Nowoczesne technologie umożliwiają łatwą i szybką aplikację produktu, co pozwala zmniejszyć koszty i skrócić czas wykonania prac. 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 »
Triflex Polska Triflex Polska
Triflex zyskał na rynku europejskim pozycję lidera w zakresie opracowywania, kompleksowego doradztwa oraz zastosowania uszczelnień i powłok...
7/8/2019

Aktualny numer:

Izolacje 7/8/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Wtórne hydroizolacje poziome
  • - Mocowanie elewacji wentylowanych
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

.