Slika št.1: Senzibilna in latentna toplota

Slika št.2: Mavčna plošča z mikrozrni iz PCM

Slika št.3: Sestava stenske konstrukcije in nihanje temperature

Slika št.4: Mikro zrna vgrajena v masivno steno (Siporex)

V primeru lahke gradnje, vgrajeni materiali običajno ne predstavljajo zadostne mase za hranjenje toplote, zato se stavbe preko dneva pregrevajo, preko noči pa intenzivno ohlajajo. Z uporabo fazno spremenljivih materialov (PCM Phase Change Materials), ki omogočajo shranjevanje latentne toplote, lahko takšno stanje kompenziramo.

Za pasivne hiše je značilna uporaba toplo zračnih ogrevalnih sistemov z rekupeacijo toplote. Letna raba toplote za ogrevanje znaša ≤ 15 kWh/(m²a). Tudi v ogrevalnem sistemu je možna kombinirana uporabe sončne energije in toplotne črpalke s hranilniki latentne toplote na osnovi PCM.

1. Fazno spremenljivi materiali

Fazno spremenljivi materiali (PCM) shranijo energijo, ki se sprošča pri procesu spremembe agregatnega stanja iz trdnega v tekoče (slika št. 1). Na osnovi novih tehnologij koristimo kisline, soli in parafine, ki imajo temperaturo faznega prehoda v območju od 0 do 100 0C. Parafin se pri sobni temperaturi nahaja v obliki raznih voskov.

Slika št.1: Senzibilna in latentna toplota



Če dodajamo energijo v obliki toplote, se pri tem poveča notranja energija (slika št. 1). Posledica tega je povišanje temperature (senzibilna toplota) ali sprememba faze (latentna toplota). Vedno, ko material preide v drugo agregatno stanje (iz trdnega v tekoče ali obratno), se toplota oddaja ali sprejema.

2. Shranjevanje latentne toplote v ovoju stavbe

Na sliki št. 2. so prikazane mavčne plošče dimenzije 2 x 1,25 m, debeline 15 mm. Akumulacija toplote znaša 330 kJ/m2, količina mikrozrn 3 kg/m2. Akumulacija toplote v 15 mm debeli mavčni plošči , ki ima vgrajena mikrozrna iz PCM je ekvivalentna masivni opečni steni debeline 12 cm in steni iz betona debeline 9 cm.

Na sliki št. 3 je prikazan prerez skozi steno montažne konstrukcije z vgrajeno ploščo iz mavca in vgrajenimi mikrozrni iz PCM. Toplota, ki se pri sončnem sevanju preko dneva akumulira v steni se sprošča zvečer, ko se temperatura v prostorih zniža. Zaradi tega se zmanjša raba energije za ogrevanje in prezračevanje. V letnem času se poveča toplotna stabilnost, temperatura v prostorih bo bolj ugodna in ne bo tako močno nihala. Temperaturna zakasnitev je znatno večja, kar kaže diagram na sliki 3. S toplotno stabilnostjo označujemo sposobnost konstrukcije, da pri zunanjih temperaturnih spremembah ohranja v prostoru, ki ga omejuje, čim bolj stalno temperaturo. Pri tem je odločilna zmožnost materiala, da sprejme toploto ter jo shrani, in ko pa pade temperatura v okolici, jo zopet odda.

Slika št.2: Mavčna plošča z mikrozrni iz PCM

Slika št.3: Sestava stenske konstrukcije in nihanje temperature

Največja prednost PCM materialov je, da je akumulacija toplote 3 do 5 krat večja kot pri klasičnih materialih, kot so kamen, prod ali pesek.

Slika št.4: Mikro zrna vgrajena v masivno steno (Siporex)

2. Shranjevanje toplotne energije zraka

Da se izognemo pregrevanju prostora v letnem času, vgradimo na podstrešje latentne hranilnike toplote. Vgradimo jih lahko tudi v stavbe, ki jih ni možno intenzivno prezračevati. Z prezračevalnim sistemom - kroženjem zraka iz okolice v nočnem času ohladimo in strdimo PCM (vosek v obliki krogel). Preko dneva se ta toplota zraka uporabi za taljenje voska , in s tem sveži zrak ohlaja. S takšnim sistemom povečamo temperaturno zakasnitev oziroma zmanjšamo število ur, ko je temperatura v stavbi nad mejo toplotnega ugodja.

Tudi v ogrevalnem sistemu je možna kombinirana uporabe sončne energije in toplotne črpalke s hranilniki latentne toplote na osnovi PCM ( granulat iz PCM)..

3. Zaključek



Nizkoenergijska in pasivna gradnja postaja realnost, tako v lahki in masivni gradnji. Ena od možnosti za povečanje toplotne stabilnosti gradbenih konstrukcij je prav gotovo uporabe fazno spremenljivih materialov. Prav tako pa lahko v sistemih ogrevanja in hlajenja koristimo latentne hranilnike na osnovi PCM.


Viri

• www.corporate.basf.de
• www.micronal.de  
• www.baulinks.de