УДК 691
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ
В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
,
научный руководитель проф., д-р техн. наук
Сибирский Федеральный Университет
В соответствии с действующим Федеральным законом 3 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» от 18 июля 2011 г. (с изменениями) и Приказом Минрегионразвития РФ № 262 «О требованиях энергетической эффективности зданий, строений, сооружений» от 28 мая 2010 г., особо актуальным является внедрение новых мероприятий и подходов по повышению энергоэффективности строительных объектов.
Для снижения энергозатрат при эксплуатации зданий на отопление и кондиционирование в зимний и летний период соответственно в зарубежных странах широкое применение находят теплоаккумулирующие материалы с фазовым переходом, которые также называются ПСМ (от англ. PCM –phase change materials). ПСМ сохраняют большое количество тепла за счет фазовых переходов. Так, при переходе из твердого состояния в жидкое или из жидкого в твердое в определенном температурном диапазоне, ПСМ поглощают или выделяют значительное количество энергии.
В качестве примера на рисунке 1 показана температура охлаждения воды –самого распространенного из ПСМ. Известно, что при 0°С вода начинает превращаться в лед, т. е. изменять свою фазу из жидкой в твердую. Как видно на рисунке 1 при изменении фазы, температура воды остается постоянной до тех пор, пока вода полностью не превратится в лед.
|
Рис.1. Температура охлаждения воды.
Тепловая энергия, поглощаемая или выделяемая материалом при изменении его фазы, называется «скрытой теплотой». Поглощенное тепло как бы «прячется» внутри материала, хранится в латентном (от латинского latens - "скрытый") виде, и высвобождается только при изменении внешней температуры. Обладая таким свойством, ПСМ нашли широкое применение в аккумуляторах тепла и холода.
Интенсивная исследовательская работа за прошлые два десятилетия идентифицировала много энергоемких материалов (ПСМ), которые покрывают широкий температурный диапазон с их точками плавления и являются потенциально пригодными для использования в строительных материалах и изделиях. В 1983 году А. Абхат [3] дал подробную классификацию веществ, используемых для хранения тепловой энергии. Следует отметить работы [4], [5], И. Динсера и [6]. Они содержат полный обзор типов материалов, которые были использованы, их классификацию, характеристики, преимущества и недостатки, а также различные экспериментальные методы, используемые для определения поведения этих материалов в плавлении и затвердевании.
Таким образом, наличие ПСМ в строительных конструкциях является предпосылкой для того, что в жилых помещениях, школах и офисах температура летом не будет подниматься выше, а зимой не будет опускаться ниже комфортных температур. Это позволит сократить затраты на электрическую и тепловую энергию. Создание строительных материалов обладающих свойствами ПСМ и высокой теплоемкостью будет способствовать снижению пиковых расходов электрической энергии.
С сожалением приходиться констатировать, что в отличие от зарубежных в отечественных публикациях представленная тема отражена слабо, что свидетельствует о недостаточности исследований в данной области и, таким образом, является целесообразным ее изучение с целью развития внедрения данного вида материалов на строительных объектах в России.
Потенциально ПCM с температурами плавления от 16 до 30°С для применения в строительстве могут быть как органическими (парафины, жирные кислоты, алканы), так и неорганическими (гидраты солей) материалами. Ключевым свойством, определяющим эффективность использования ПCM, является величина изменения энтальпии в интервале температуры использования.
Методы анализа, используемые для получения точных значений по определению теплофизических свойств материалов с изменяющимся фазовым состоянием, являются ДСК (дифференциально-сканирующая калориметрия) и ДТА (дифференциально-термический анализ).
На кафедре Строительных материалов и технологий строительства Инженерно-Строительного Института Сибирского Федерального Университета проведены предварительные исследования ПCM из местного сырья (парафин технический, солевые растворы) и коммерчески доступного материала Micronal® PCM, представляющего собой микрокапсулированный парафин, произведенного на предприятии немецкого химического концерна BASF.
Результаты исследований показали перспективность использования такого вида материалов в климатических условиях России с целью снижения энергозатрат на эксплуатацию зданий и повышения энергоэффективности строительных объектов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК:
1. H. Mehling, P. Schossig, D. Kalz, Latent heat storage in buildings. Germany, Bonn, 2009.
2. L. Cabeza, A. Heinz, Storage with Phase Change Materials, 2005.
3. A. Abhat, Low temperature latent heat thermal energy storage: heat storage materials, Solar Energy32.
4. G. A. Lane, Solar Heat Storage: Latent Heat Material. Volume I: Background and Scientific Principles, CRC Press, Florida, 1983.
5. M. M. Kenisarin, Short-term storage of solar energy. 1. Low temperature phase-change materials, Applied Solar Energy8-65.
6. I. Dincer, M. A. Rosen, Thermal energy storage. Systems and applications, John Wiley & Sons, Chichester (England) (2002).
7. www. micronal. de.
8. www. pcm-storage. info.
