PCM's voor de bouw

De bekendste PCM, uit het dagelijks leven, is de combinatie van water en ijs. De ijsblokjes smelten en koelen het water. Maar in gebouwen ligt de vraag om koeling niet bij 0 °C, maar bij zo’n 20 °C of meer. Voor bouwkundige toepassingen zijn twee soorten PCM’s geschikt: paraffines en zouthydraten.

Paraffines

Paraffines zijn organische PCM’s. Ze werken voorspelbaar, zijn veilig en niet onderhevig aan corrosie. Ze zijn ‘uit voorraad leverbaar’ voor gebruik in gebouwen. Minpunten van paraffines zijn de lagere warmtegeleidingscoefficiënt en de lichte ontvlambaarheid. De eigenschappen van de technisch toepasbare paraffines zijn vergelijkbaar. Enkele voorbeelden van deze paraffines staan in de tabel.

¹ De smeltenergie is de hoeveelheid energie die nodig is om 1 kg PCM te laten smelten. Hoe hoger de smeltenergie, des te meer warmte de PCM kan opslaan.

Voorbeelden van technisch toepasbare paraffines.

Een paraffine bestaat uit een keten van C-atomen. Door een C-atoom aan de keten toe te voegen, gaat de smelttemperatuur omhoog. Hierdoor is het mogelijk om de paraffine naadloos af te stemmen op de toepassing als PCM. Van enkele geschikte paraffines geeft de tabel het aantal C-atomen en bijbehorende smeltenergie en smelttemperatuur.

Voorbeelden van paraffines als PCM met smeltenergie en smelttemperatuur.

Zouthydraten
Zouthydraten behoren tot de categorie anorganische PCM’s. Zouthydraten hebben in vergelijking met paraffines een hoge warmtegeleidingscoëfficiënt en een hoge smeltenergie, waardoor ze meer warmte kunnen bufferen. De smeltenergie is ook na een serie smeltcyclussen nog niet afgenomen. Zouthydraten zijn bovendien goedkoper en worden vooral daarom het meest toegepast.
Een nadeel van zouthydraten is dat de oplossing met zout oververzadigd kan raken bij het smeltpunt. Het zout lost niet meer op en bezinkt. Hierdoor verliest het PCM bij een volgende cyclus zijn werking.

De smelttemperatuur van een zouthydraat ligt tussen 20 en 25 °C. Daarmee is het materiaal geschikt voor gebruik in gebouwen. Immers, als deze temperatuur wordt overschreden, wordt het voor mensen in het gebouw onbehaaglijk. De PCM moet dan warmte gaan opnemen.

Smelttemperatuur en smeltenergie van paraffine en zouthydraten en andere, niet voor de bouw bestemde PCM's. Hoe hoger de smeltenergie, hoe groter de warmteopslagcapaciteit van het PCM.

Ontwerpaandachtspunten
Voor een goede werking van PCM’s gelden de volgende hoofdaandachtspunten:

• de keuze van het warmteoverdrachtsmedium (bijvoorbeeld lucht of water);
• de overdrachtscoëfficiënt tussen het warmteoverdrachtsmedium en het PCM. Deze coëfficiënt is te variëren door de stroomsnelheid van het overdrachtsmedium te veranderen;
• de temperatuurtrajecten van het overdrachtsmedium;
• de stollingstemperatuur van het PCM. Deze temperatuur kan anders zijn, afhankelijk van de samenstelling van het PCM;
• de warmtegeleiding van de gebruikte inkapseling van het PCM;
• de verhouding tussen het oppervlakte en het volume van het PCM, in verband met interne geleiding.

Ontwerpsoftware
Hebben PCM’s in mijn gebouw zin en hoeveel moet ik dan toepassen? Hierop biedt Valentin de ontwerper een softwarepakket, gratis te downloaden van www.valentin.de. Met het programma zijn zowel de effecten als de kostenbesparingen van PCM’s te bepalen. Na invoer van de gebouwgeometrie, de oriëntatie en de klimaatgegevens, simuleert de software het verloop van de binnentemperatuur met en zonder toepassing van PCM’s.

Gratis software van Valentin voor PCM’s.