Akumulacijski fazni materijali
    Nedjelja, 02 Listopad 2016 22:08

    Akumulacijski fazni materijali

    Kako bi se povećao kapacitet sistema projektanti su dodatno u površine prizemlja i kata integrirali PCM-materijale. Ti takozvani „ fazno izmjenjivi materijali“ koristili su se u obliku gipsane žbuke i ploča za suhu gradnju. Ti mikroobloženi parafini mogu u ovisnosti o svom agregatnom stanu akumulirati ili predavati toplinu odnosno hladnoću. Taljenjem parafini na temperaturi između 23 i 26 ° C oduzimaju okolišu energiju i privremeno je akumuliraju. Na taj način prostorije se zagrijavaju sporije, što je veliki plus upravo kod laganih konstrukcija. Ukoliko je za vrelih dana postignut PCM akumulacijski kapacitet – to znači parafin je u tekućem stanju – započinje stražnje strujanje hladne vode. Ukoliko se površinska temperatura za normalnih dana smanji parafin se ukrućuje te predaje u prostoriju akumuliranu toplinu. Klima sistem i sistem hlađenja KKS omogućuje po prvi put prirodno hlađenje pasivnih kuća prema temperaturnim stupnjevima. Kružni tok s 3 crpke može klimatizirati zgradu kako po katovima tako i po prostorijama individualno – novost u gradnji pasivnih kuća.

    Udio CO² više nije tema
    Kako je cijeli objekt ekstremno zrakonepropustan, energija se ne gubi odzračivanjem kroz prozore, tu pomaže ventilacijski uređaj s rekuperacijom topline (WRG) uz dovod svježeg zraka. Plitki kanali raspoređeni su na podu u cijeloj kući. Uređaj sa stupnjem učinkovitosti od 88% oduzima odlaznom zraku energiju te tako zagrijava filtrirani dolazni zrak. To svakako osigurava vrlo nisku koncentraciju CO² u prostoru, a sam time i zdravu klimu prostora. Osim toga nivo vlage također se održava na optimalnom nivou. Stroga Pettenhoferova vrijednost od 1000 ppm za vrijeme mjerenja nije dosegnuta. Vrijednosti su ležale oko 77 % u području od 400 do 700 ppm. Veće vrijednosti indicirane su samo u večernjim satima i u hladnim zimskim noćima. Svježi zrak usisavan je i filtriran iz vrta koji leži iza zgrade. Zrak se zagrijava u kanalu ukopanom u zemlji koji je izoliran tucanikom pjenušavog stakla/natrijevog silikata. U izmjenjivaču topline nalaze se specijalni filtri i filtri peludi koji alergičarima omogućuju zdrav život bez tegoba.

    Slabe točke pod povećalom
    Kada je zgrada, opremljena mnogobrojnim inovacijama, useljena u zimu 2005/2006 već su sve komponente kućne tehnike na bazi dimenzioniranja bile predpodešene. Ipak istraživači ISE-a otkrili su na osnovu mjernih podataka da još uvijek postoji potencijal za optimiranje. Počevši od ponašanja korisnika u pogledu usklađivanja sistema pa sve do snage crpki još se dosta toga dalo poboljšati. Između ostalog istraživači ISE-instituta iz Freiburga preporučili su uporabu sjenila u ljetnom razdoblju. Institut je izračunao da se samo cisterna za hlađenje može ostvariti snižavanje temperature unutarnjeg prostora u ljetnom razdoblju i do 10 °C, jer unutarnji prostori bi se inače zagrijavali iznimno brzo. Institut je isto tako odgovorio od trajnog hlađenja cisternom, jer kapacitet cisterne ne bi bio dovoljan za iznenadne temperaturne ekstreme kao što je bio slučaj u ljeto 2003. godine. Zato bi bila neophodna veća cisterna. Jednako tako trajnom uporabom hlađenja rasle bi i temperature u cisterni za hlađenje. Principijelno istraživači su ocijenili da sistem cisterni „ima odlučujući pozitivan utjecaj“ na ljetni komfor stanovanja. Taj sistem „pasivnog hlađenja“, izuzevši naravno električnu struju za crpke, osiguravao je u svim ljetnim mjesecima temperature ispod 24°C. elikim nedostatkom istraživači su smatrali veliku potrošnju energije za crpke koje su neophodne za raspodjelu vode u sistemima cijevi. Za vrijeme mjerenja trošile su 28 procenata ukupne struje kućne tehnike. Izmijenjenim postavljanjem vodova ili njihovim dimenzioniranjem kao i uporabom učinkovitijih crpki s manjim spektrom snage mogla se značajno smanjiti potrošnja pomoćne energije. Osim toga veći solarni uređaj, povezan s većom cisternom za toplu vodu, realizirao bi više energije za komponente kućne tehnike na regenerativan način. Istraživači su potencijal poboljšanja vidjeli i kod toplinske crpke te kod- na početku još uvijek nedovoljno usklađenog- modusa grijanja odnosno hlađenja. Nekoliko mjeseci nakon useljenja električni registar naknadnog grijanja proizveo je veliki dio potrebne topline zahvaljujući električnoj struji. Zbog termina završetka kuće u prosincu 2005. godine nisu postojale pomena vrijedne zalihe tople vode. To je reduciralo ukupnu energetsku bilancu u prvoj godini funkcioniranja.
    www.variotec.de

     

    PCM materijali: Materijali koji menjaju agregatno stanje
    Osobine skladištenja i oslobađanja energije PCM materijala (Phase-change materials – materijali koji mijenjaju agregatno stanje) omogućavaju njihovo korištenje za poboljšanje toplinskih performansi i energetske potrošnje čak i kod laganih konstrukcija. PCM materijal jeste supstanca koja zahtjeva relativno veliku količinu topline da promijeni svoje agregatno stanje iz čvrstog u tečno, pa je zato sposoban da skladišti i oslobođa velike količine energije. PCM materijali su korišteni za širok spektar aplikacija tokom poslednjih decenija, ali tek relativno skoro, sa napretkom u pogledu njihove dugovječnosti, se koriste i u građevinarstvu. Kako bi se koristili u objektima oni se obično nalaze u kaseti koja je ugrađena u plafonsku ploču ili zid, i imaju sličnu ulogu termalnoj masi kamena ili betona. Kako temperatura raste tokom dana, toplina se apsorbira u materijalu, što pomaže u održavanju prijatne temperature u prostoru. Kada se ova toplina raspline, bilo putem hlađenja noću ili uz pomoć mehaničke ventilacije, PCM materijali se „resetuju“ za slijedeći dan, tako da oni ponovo mogu početi da apsorbiraju toplinu kako se prostorija zagrijava. Prednost PCM materijala nad termički masivnim materijalima jeste ta što su oni daleko lakši, skladišteći relativno velike količine topline po jedinici zapremine, i mogu se relativno lako postaviti kao dio projekta renoviranja kako bi se povećala termalna masa lakih konstrukcija i time poboljšale njihove toplinske performanse i efikasnost ventilacijskog sistema, kao i smanjenje potrošnje električne energije za grijanje i hlađenje.

    Kako oni rade?
    Kada se toplina primjeni na supstancu, energija se prenosi na jedan od dva načina. Prvi je da supstanca dobije toplinu. Na primjer, ako se toplina primjeni na vodu, njena temperatura će porasti na maksimalnih 100°C, što je njena tačka ključanja. Isto tako, ako se toplina ukloni, temperatura vode će pasti, na minimum od 0°C, ili njenu tačku mržnjenja. Ovaj tip prijenosa topline, ili skladištenja, zove se senzibilna toplina. Međutim, dodavanje topline ne prouzrokuje uvijek povećanje temperature neke supstance. Ako se toplina doda vodi koja već ključa, ona ostaje na 100°C, a apsorbovana toplina umjesto toga pretvara vodu iz tečnosti u paru. Ovo je fenomen zajednički svim čistim supstancama. Kako apsorbuju toplinu, oni na kraju dostignu tačku topljenja (u čvrstom obliku) ili točku isparavanja (u tečnom obliku), i u tom trenutku oni mijenjaju svoje agregatno stanje – od čvrstog u tečno, ili od tečnog u gasovito. Tokom ovog procesa, oni apsorbuju toplinu ali ne postaju topliji. Ovaj tip skladištenja topline je poznat kao latentna toplina. Upravo ta latentna toplina omogućava PCM materijalima da kontrolišu temperaturu u prostoriji. PCM materijali koji se koriste u građevinarstvu obično se mijenjaju iz čvrstog u tečno agregatno stanje na temperaturama od 23 do 26°C. (Računarske simulacije pokazuju da je 26°C optimalna temperatura za mijenjanje agregatnog stanja za pasivno smanjenje ljetnje topline u zgradama, dok je temperatura od 23°C potrebna za situacije u kojima su PCM materijali deo mehaničkog klimatizacionog sistema.) Kako se tope, umjesto da sami dobijaju toplinu, oni počinju da apsorbiraju toplinu iz prostorije. Na ovaj način, sobna temperatura može biti održavana konstantnom dok promjena stanja – ili fazna promjena – nije završena. PCM materijal može da se vrati u svoje čvrsto stanje pomoću noćne ventilacije (sve dok je noćni zrak hladniji od temperature na kojoj se dešava promena agregatnog stanja), ili mehaničkim sredstvima u toplijim podnebljima. Fazno-promenljivi ciklus je onda spreman da ponovo počne slijedećeg dana.

    Vrste PCM materijala
    Postoji mnogo vrsta PCM materijala, ali nisu sve pogodne za upotrebu u zgradama. Voda, na primjer, ima prelazne temperature od 0°C i 100°C, od kojih nijedna nije pogodna za životnu ili radnu sredinu. Kriterijumi za izbor pri odabiru PCM materijala uključuju:

    * Temperature topljena u željenom operativnom opsegu – u građevinarstvu bi ovo bilo 23°C ili 26°C.
    * Visoka latentna toplina fuzije po jedinici zapremine – drugim riječima, oni mogu da skladište veliku količinu topline po jedinici zapremine, minimizirajući površinu PCM ploča koje su potrebne.
    * Visoka toplinska provodljivost. Što prije PCM materijal reagira na promjene u temperaturi, više će biti efikasnije fazne promjene.
    * Minimalne promjene u zapremini – supstance se šire ili smanjuju kada mijenjaju stanje. Zbog činjenice da PCM materijali u građevinarstvu moraju biti držani unutar kasete, velike promjene u zapremini mogu da stvore probleme.
    * Podudarno topljenje. To znači da je sastav u tečnom stanju isti kao sastav u čvrstom stanju, što je važno kako bi se spriječilo odvajanje i superhlađenje.
    * Potpuno reverzibilni ciklus zamrzavanja/topljenja.
    * Izdržljivost u velikom broju ciklusa.
    * Nekorozivnost građevinskih materijala.
    * Nezapaljivost.

    Dva glavna tipa PCM materijala koji se koriste u građevinarstvu su neorganske soli (hidrati) i organski parafin ili masne kiseline, a oba materijala imaju niz prednosti i nedostataka koji se moraju uzeti u obzir.

    Neorganski: slani hidrati
    Prednosti: Neorganske soli su jeftini, lako dostupni PCM materijali. Oni imaju visok latentni kapacitet skladištenja topline i visoku toplinsku provodljivost. Oni su takođe nezapaljivi.
    Nedostaci: Promjene zapremine između čvrstog i tečnog stanja su veoma velike. Drugi problem sa tranzicijom iz čvrstog u tečno stanje jeste opasnost od superhlađenja. To se dešava kada temperatura tečnosti padne ispod tačke zamrzavanja, a da ona ne pređe u čvrsto agregatno stanje. Aditivi koji se zovu „nukleacioni agensi“ (Nucleating agents) mogu da pomognu u tom procesu, ali oni postaju manje efikasni tokom vremena. Neorganske soli su takođe veoma hidroskopne, što znači da zarobljavaju vlažnost. Čineći to, sadržaj vode varira i tačka topljenja takođe varira. To predstavlja opasnost za dugoročnu stabilnost.

    Organski: parafin i masne kiseline
    Prednosti: Parafin i masne kiseline se ne povećavaju kako se tope, i zamrzavaju se bez mnogo superhlađenja, tako da njima nisu potrebni nukleacioni agensi. Oni su hemijski stabilni, kompatibilni sa konvencijalnim građevinskim materijalima i mogu se reciklirati. Parafini su hidrofobni, što znači da odbijaju vodu. Kao rezultat toga, njihove tačke fazne promjene su pouzdane. Čisti parafini su takođe veoma izdržljivi i ne degradiraju u kontaktu sa kisikom. Niti mogu čiste materije, koje se sastoje od jedne supstance, da se odvoje od sebe - za razliku od neorganskih soli, koje mogu da se otcepe od njihovog sadržaja vode pri čestoj promjeni ciklusa.
    Nedostaci: Organski PCM materijali su zapaljivi i imaju nisku toplinsku provodljivost i nizak latentni kapacitet skladištenja topline. Nečistoće dodatno smanjuju toplinski kapacitet, tako da je veoma važno koristi parafine koji su u čistom stanju. To, međutim, podiže cijenu jer oni moraju u potpunosti biti prerađeni od nafte.

    Kada se koriste PCM materijali
    PCM materijali su posebno pogodni za primjenu u učionicama, kancelarijama, maloprodajnim i zdravstvenim objektima, koje se generalno zagrijavaju u toku radnog dana, kroz toplinu koju generišu ljudi i oprema, ali se mogu ohladiti noćnim zrakom kada se ne koriste.

    PCM materijali se mogu koristiti na slijedeći način:
    * Dizajnirani u saradnji sa KGH sistemima kako bi se povećala efikasnost aktivnih ili pasivnih strategija hlađenja. Od prirodno ventilisanih prostora do integrisanih plafonskih hlađenja, većina vrsta KGH sistema može biti efikasnija.
    * Za smanjenje potrebe za klimatizacijom, što samim tim štedi na energiji i troškovima.
    * Za optimizovanje korišćenja regenerativnih izvora grijanja i hlađenja.
    * PCM materijale ne treba razmatrati u slijedećim okolnostima:
    * Kao zamjenu za izolaciju - PCM materijali se ponašaju kao jedinice za toplinsko skladištenje, a ne za blokiranje ili zadržavanje toplinske energije.
    * Na vanjskim zidovima - izloženost solarnom dobitku veoma smanjuje kapacitet PCM materijala.
    * Kao dodatak postojećem aktivnom hlađenju ili grijanju.
    * Kao zamjena za klimatizaciju kako bi upravljali unutrašnjom vlagom - PCM materijali mogu samo da upravljaju termalnim komforom.
    * Građevinski materijal

    Mikroenkapsulacija
    Upotreba fazno-promenljivih materijala u građevinarstvu je ograničena na njihovu promjenu između čvrstog i tečnog agregatnog stanja, a ne između tečnog i gasnog stanja, pošto je promjena zapremne daleko manja. Ovo predstavlja praktični problem održavanja materijala u njegovom tečnom stanju. Efikasno rešenje ovde jeste mikroenkapsulacija. Ideje je da se PCM, u vidu voska, sadrži u izuzetno čvrstoj plastičnoj ljusci. Svaka kapsula je mala - na primjer, mikrokapsule Micronal DS 5000 X kompanije BASF koje se koriste u Armstrong proizvodima CoolZone imaju prečnik od oko 2 do 20 mikrona – ili 0,002 do 0,02 milimetara. Pošto kapsule imaju veoma veliki odnos površine i zapremine, one omugućavaju visok stepen prijenosa topline, a također osiguravaju da parafin ostane u svom čistom obliku. Čisti parafin je pogodan materijal za vosak jer on prolazi kroz manju ekspanziju u odnosu na druge PCM materijale, zadržava svoju formu u tečnom stanju i veoma je izdržljiv – nakon 10.000 testirnih ciklusa mikrokapsula Micronal DS 5000 X (koje koriste čisti parafin) nije bilo oštećenih kapsula. Formulacija parafinskog voska može biti podešena da joj tačka topljenja bude bilo 23°C ili 26°C.

    PCM materijali u plafonskim pločama
    Zbog činjenice da toplina raste, efikasna upotreba PCM mikrokapsula jeste da ih postavite u kasetu i dodate ih sistemu spuštenog plafona. Pošto je parafin zapaljiv, PCM umetak mora biti smješten između ploča u materijalu sa odličnim protivpožarnim karakteristikama, kao što je metal. Metalna ploča također nudi dobru toplinsku provodljivost, povlačeći toplinu unutra u PCM materijal. Postavljanje 50 odsto PCM ploča u plafonu će održavati temperaturu u jednoj tipično mehanički ventiliranoj kancelariji na 24°C za četiri do pet sati. Nakon toga, prostorija će nastaviti da se zagrijava kao i ranije, sve dok se ne smanji opterećenje na grijanje. Drugih 50 posto ploča mogu biti servisne ili standardne akustične plafinske ploče. PCM ploče ne treba sijeći i nisu pogodne za postavku po obodima ili za pristup nadplafonskom prostoru. Sa hladnijim noćnim temperaturama, PCM materijal se vraća u čvrsti oblik, prenoseći toplinsku energiju nazad u prostoriju. To znači da prostorija nije previše hladna rano ujutru, već je u udobnoj radnoj temperaturi, a PCM ploče su resetovane za još jedan radni dan. Metalne PCM plafonske ploče mogu biti smještene u standarne spuštene plafonske sisteme, čineći postavku jednostavnom. Svaka PCM kaseta teži oko 9 kilograma, tako da će vjerovatno biti potrebno ojačanje rešetkaste konstrukcije plafona. Korištenje metalnih PCM plafonskih ploča na ovaj način može da dovede do značajnih smanjenja u korišćenju energije. Na primjer, 10 kvadratnih metara ploča CoolZone može da uskladišti do 2kWh energije. Tokom tridesetogodišnjeg životnog vijeka, ovo štedi 6MWh toplinske energije, što bi stvorilo oko 1.140 kilograma ugljik-dioksida, ako bi se ta energija isporučila uz pomoć mehaničkog hlađenja.
    www.buildmagazin.com

    Pročitano 885 puta

    O nama

    Hrastović Inženjering d.o.o. od 2004. se razvija u specijaliziranu tvrtku za projektiranje i primjenu obnovljivih izvora energije. Osnova projektnog managementa održivog razvitka društva je povećanje energijske djelotvornosti klasičnih instalacija i zgrada te projektiranje novih hibridnih energijskih sustava sunčane arhitekture. Cijeli živi svijet pokreće i održava u postojanju stalni dotok Sunčeve energije, a primjenom transformacijskih tehnologija Sunce bi moglo zadovoljiti ukupne energetske potrebe društva.

    Kontakt info

    HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o.
    Kralja Tomislava 82.
    31417 Piškorevci
    Hrvatska

    E-mail: info@hrastovic-inzenjering.hr
    Fax: 031-815-006
    Mobitel: 099-221-6503
    © HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o. - design & hosting by Medialive