27‐03‐2015
Indholdsfortegnelse
• H v a d e r f a s e s k i f t e n d e m a t e r i a l e r ? – Va r m e k a p a c i t e t o g f a s e s k i f t
• Hvilke temperatur- og materialemæssige forudsætninger er
nødvendige for at udnytte PCM-effekten?
• Det besk rives hvorledes det er muligt at beregne effek ten ved
hjælp af simuleringsprogrammerne BSim og Be10.
• Eksempler på materiale- og udformningsmæssige muligheder for at
påvirke varmeakkumuleringen med PCM-materialer vises.
• Sammenfatning…
Varmekapacitet og faseskift
Varmekapacitet
Vand 4,19 J/gK
0 C → 80 C = 335 J/g
Smeltevarme
Vand/Is
0 C → 0 C = 333 J/g
3
1
27‐03‐2015
Mikroindkapslet paraffinvoks
4
Mikroindkapslet paraffinvoks
5
Mikroindkapslet paraffinvoks
30 kg Micronal® PCM
giver mulighed for at
lagre ca. 1kWh
PCM kan produceres
så faseskiftet sker ved
en ønsket temperatur.
6
2
27‐03‐2015
Eksempel: Knauf PCM Smartboard
PCM Smartboard:
Faseskiftet sker ved enten 23 °C
eller 26 °C
PCM varianter:
21 °C – Kølesystemer
23 °C – stabilisering af indetemp.
26 °C – beskyttelse mod overtemp.
7
Ækvivalent varmekapacitet
15 mm PCM gipsplade har en
varmekapacitet svarende til:
90 mm beton eller
120 mm tegl
8
PCM i beton
EnergyFlexHouse
• Andel af PCM i gulvet: 5 vægt-%
(ca. 140 kg PCM i rummet totalt).
• Smeltepunkt for PCM er 21 °C.
Der undersøges 3 scenarier;
1. Uden provokeret påvirkning
2. Opvarmning af rum
3. Afkøling af rum
9
3
27‐03‐2015
PCM i beton
Konklusion
• PCM’ens effek t på temperaturen i rummet var ikke som forventet
• Når der ikke er interne varmelaster i lab-huset opfører de to rum
sig fuldstændig ens
• Ve d f o r s ø g m e d o p v a r m n i n g s e s i n g e n e f f e k t f r a P C M ’ e n
overhovedet
• Ve d f o r s ø g m e d n e d k ø l i n g s e s e n l i l l e e f f e k t s o m m u l i g v i s k u n n e
relateres til PCM’en
Forklaring
• Betonen hærder omkring PCM-kapslerne mens disse har deres
mindste volumen da indholdet af voks er i fast tilstand
• Når temperaturen efterfølgende stiger og voksen skal til at skifte
fase fra fast til flydende er der ikke plads til denne udvidelse
10
Faseskiftende materialer i BSim
11
Faseskiftende materialer i Be10
• Simpel beregning
• Forøgelse af varmekapacitet
• De faseskiftende materialer
antages kun aktive i forhold
til bygningens rumtemperatur
på varme dage
12
4
27‐03‐2015
Eksempel i BSim – Model m. 2 identiske kontorer
Geometri:
Bruttoareal af rum: 4 x 5 m = 20 m2
Vindue m od syd:
1 x 2 m = 2 m2
Rumhøjde:
2,8 m
Alle konstruktioner:
16 mm k rydsfinér
225 mm isolering
16 mm k rydsfinér
Systemer:
Intern varmelast:
100 W altid
Opvarmning:
Setpunkt 20 C
Køling:
Setpunkt 24 C
Eksempel i BSim – Model m. 2 identiske kontorer
• I d e t e n e k o n t o r e r s t a t t e s d e n i n d v e n d i ge k r yd s f i n é r i
l o f t s k o n s t r uk t io ne n a f 1 6 m m g i p s p l a d e m e d 3 0 % P C M.
• F a s e s k i f t e t f o r P C M’ e n f o r e k o m m e r v e d 2 3 ° C .
• I f o r h o l d t i l v a r m e k ap a ci t ete n i r u m m e t , s v a r e r d e t a l t s å
c a . t i l , a t d e r t i l f ø je s 2 0 m 2 b e t o n p l a d e m e d e n t yk k e l s e
på ca. 90 mm
14
Eksempel i BSim – Model m. 2 identiske kontorer
• Operativ temperatur
15
5
27‐03‐2015
Eksempel i BSim – Model m. 2 identiske kontorer
• O p v a r m n in g s- o g k ø l e b e h o v
Årssimulering
Reference
PCM
Opvarmning
[kWh]
361
318
Køling
[kWh]
361
290
Total
[kWh]
722
608
16
Eksempel i BSim – Model m. 2 identiske kontorer
K o n k lu s io n
• PCM reducerer den operative temperatur i kontoret –
• Ja, m en kun nogle dage og der er tale om overgangsperiode!
• PCM reducerer både varm e- og kølebehovet i kontoret –
• Ja, m en udgangspunktet er et rum helt uden varmekapacitet!
17
Indeklima i kontorbygning
• 1 2 k o n t o r e r á 11 , 5 m 2 m e d f o r s k e l l i g o r i e n t e r i n g o g f o r s k e l l i g
s t ø r r e l s e v i n d u e r. H v o r m a n g e m 2 g i p s p l a d e e r n ø d v e n d i g f o r a t
opretholde et acceptabelt indeklima i kontorerne?
18
6
27‐03‐2015
Indeklima i en kontorbygning
2 m2
4 m2
6 m2
PCM
n nat
g
Bespar
PCM
n nat
g
Bespar
PCM
n nat
g
Bespar
N
NØ
Ø
SØ
S
NV
2
2
2
2
SV
20
2
V
0
2
2
0,4
1,4
100
4
4,9
100
8
0,4
6,0
40
2
0,2
1,6
5,2
100
8
0,4
6,8
80
2
0,2
2,1
3,8
100
8
0,4
5,1
40
2
0,2
1,7
5,2
100
8
0,4
6,7
100
2
0,2
2,3
4,7
100
8
0,5
9,8
100
8
0,3
5,3
1,5
2
1,9
80
4
4,1
6,2
100
8
0,4
3,8
4
5,6
100
8
0,5
6,6
19
Indeklima i kontorbygning
Konklusion
• Overordnet giver forskellen mellem at indsætte 0 % og 100 % PCM
en evne til at holde det samme termiske indeklima med yderligere
intern belastning på ca. 1 - 1,5 W /m2 i rummet
• Ti l s a m m e n l i g n i n g a n v e n d e r m a n n o r m a l t f o r k o n t o r b y g g e r i e n
p e r s o n b e l a s n i n g p å 4 W / m 2 o g e n b e l a s t n i n g f r a u d s t y r p å 6 W / m 2.
• PCM alene kan ikke skabe et rimeligt indeklima i kontorerne
• Afhængigt af vinduesstørrelse og orientering, skal det kombineres
med nattekøling og (kraftigt) solafkærmende glas
• Nattekøling og solafkærmende glas har væsentligt større effekt end
man kan opnå med PCM
20
Sammenfatning
• PCM forøger rummets varmekapacitet
• Kan bruges i tilfælde hvor der er lille eller ingen varmekapacitet
som udgangspunkt
• Te s t b e r e g n i n g e r v i s e r, a t s e l v o m m a n b r u g e r P C M - g i p s p å a l l e
overflader i et rum, så vil den samlede kapacitet blive opbrugt
meget hurtigt på fx en solrig sommerdag.
• Relevant at bruge til udligning af ”mindre” temperatursvingninger
• Relevant at bruge i rum ”uden” varmekapacitet
• Andre anvendelser kræver at man fx kan fjerne den oplagrede
varme k ontinuerligt (flytte PCM’en?) eller at større mængder af det
faseskiftende materiale kan tilgås (varmelagre?)
21
7