Pasivní klimatizace - akumulace tepla změnou skupenského stavu

Snižování energetické náročnosti staveb v topném období cestou zlepšování tepelně izolačních vlastností stavebních materiálů a prvků s sebou přináší i nutnost řešit stejné požadavky na snižování energetické náročnosti staveb v letním období, kdy je, kromě jiných vlastností, hodnotícím kritériem tepelná stabilita místnosti s požadavkem na zajištění tepelné pohody. K zajištění optimálního užívání budov v zimním i letním období je zapotřebí splnit celou řadu mikroklimatických parametrů vnitřního prostředí, mezi které patří i teplota vzduchu v interiéru. A právě teplota vzduchu v místnosti v letním období může významně ovlivnit člověka v jeho činnosti v pozitivním i negativním smyslu.

Současný architektonický trend administrativních i obytných budov z lehkých konstrukčních materiálů, spolu s vysokým stupněm prosklení, způsobuje v letních měsících přehřívání prostoru interiéru. Požadavek maximálních denních teplot vzduchu v místnosti je v letním období splňován velmi často jen s nasazením klimatizačních jednotek, které mají, kromě vysoké spotřeby elektrické energie, i negativní dopad z dalších ekologických hledisek.

Samostatnou kapitolou jsou rodinné domy a stavby pro bydlení, kde se přeci jen v širším měřítku uplatňují vyšší požadavky na tepelné izolace, důsledněji se řeší tepelné mosty a další tepelné vazby ve snaze minimalizovat jejich vliv, řeší se decentralizované nebo centralizované větrání s rekuperací tepla, řeší se velikost výplní otvorů a jejich stínění, nasazují se moderní zdroje vytápění s dokonalou regulací, zapojují se alternativní zdroje energie jako solární kolektory, tepelná čerpadla nebo kotle na biomasu. Soukromí investoři se snaží docílit kvalitního vnitřního prostředí, zejména tepelné pohody.

A právě pro dosažení tohoto stavu vyvinula společnost BASF velice zajímavý materiál s názvem Micronal^®PCM, který svými vlastnostmi umožňuje široké spektrum využití při respektování ekologických zásad. Princip funkce tohoto materiálu je založen na změně jeho skupenství (pevného v kapalné a obráceně) s vázáním latentního tepla (materiály se změnou skupenství - "phase change material" - PCM).

Akumulace tepla: dva typy (princip změny skupenského stavu s vázáním latentního tepla)

Změna skupenského stavu při neměnné teplotě - led - voda - potřeba 333 kJ/kg energie

• Aby roztál 1 kg ledu o teplotě 0°C, je potřeba dodat energii 333 kJ
• Stejné množství energie ohřeje 1 kg vody z teploty 0°C na teplotu 80°C
• Micronal^®PCM má měrnou tepelnou kapacitu cn = 110 kJ/kg.K
• Voda má měrnou tepelnou kapacitu cn = 4,2 kJ/kg.K

Z uvedeného vyplývá, že Micronal^®PCM má několikanásobně vyšší měrnou tepelnou kapacitu než např. voda a tedy může pojmout, resp. pojmout a uvolnit, daleko větší množství energie, a to bez nutnosti dodání další energie, jinak nutné při akumulaci tepla u běžných organických a anorganických materiálů.

Struktura Micronalu PCM staví na použití velmi čistého parafinového vosku s optimalizovaným bodem tání, kdy se mikroskopicky malé kapky vosku zapouzdří do akrylového polymeru - tzv.mikrokapsle. Takto připravený výchozí materiál se může využít ve formě kapalné, tzn. disperze kapslí Micronalu PCM ve vodě s obsahem ca 40% teplo-akumulujících kapslí, nebo ve formě práškové, tzn. s obsahem 100% mikrokapslí. S oběmi verzemi pak lze pracovat při formulaci např. interiérové omítky s teplo=akumulačními vlastnostmi, kdy se obsah Micronalu PCM pohybuje mezi 10 - 40%. Jiným příkladem použití je aplikace Micronalu PCM do sádrokartonových desek - viz. dále „SmartBoards”.

Mikrokapsle = těsné uzavírání

Ukázkový příklad: aplikace akumulační omítkové směsi

Jak jednotlivé fáze mění práci materiálu

Porovnání tepelně akumulačních vlastností

1. cihlové zdivo tloušťky 12 cm
2. betonová zeď tloušťky 9 cm
3. Micronal^® PCM SmartBoard™
   tloušťky 1.5 cm (z leva doprava)

Akumulační omítková směs tloušťky 3 cm má stejnou akumulační schopnost jako betonová zeď o tloušťce 8 cm nebo jako 29 cm zdiva z lehčených keramických bloků. Špičkovým využitím produktu společnosti BASF je aplikace materiálu Micronal^®PCM do sádrokartonové desky SmartBoard™, jejíž akumulační schopnost výrazně předčí doposud používané materiály. Jeden metr čtverečný desky SmartBoard™ s tloušťkou 1,5 cm obsahuje přibližně 3 kg materiálu Micronal^®PCM. Ekvivalentní tepelně akumulační schopnost odpovídá betonové stěně tloušťky 9 cm, cihlové stěně 12 cm nebo jako 29 cm zdivu z lehčených cihelných bloků. Tím se také tento sádrokartonový materiál stává nejen důležitým stavebním prvkem budov, ale i významným tepelně akumulačním prvkem, který svými vlastnostmi aktivně ovlivňuje vnitřní klima.

Akumulační schopnost sádrokartonové desky SmartBoard™ bez nutnosti dodání další energie se může přirovnat k chladícímu účinku klimatizačního zařízení, které by muselo snížit teplotu v místnosti o 3-4°C. Ovšem SmardBoard™ k tomuto chladicímu výkonu nepotřebuje energii žádnou.

Micronal^® PCM SmartBoard™

SmartBoard™ - optimální řešení pro odlehčené konstrukce

Další technické údaje

Všechny výrobky obsahující Micronal^®PCM mohou být ve dvou teplotních variantách bodu tání - změny skupenství: + 23°C nebo + 26°C. To umožňuje širší nasazení a uplatnění těchto výrobků podle typu stavby a požadavků kladených na charakter vnitřního prostředí.

V praxi to znamená, že použití materiálu s teplotou tání +23°C bude ve stavbách se zdivem spadajícím do skupiny akumulační, např. zhotovené z bloků POROTHERM, SUPRATHERM, KM-Beta a obdobných. Varianta s teplotou tání +26°C by pak mohla být uplatněna v domech bez akumulace, jako jsou například dřevostavby, nástavby panelových domů, vyšší podlaží nebo podkroví rodinných domů a všude tam, kde působením klimatických vlivů a provozních režimů vystupují denní teploty v letním období nad +26°C bez nasazení klimatizace.

Samozřejmě, že uplatnění bude daleko širší, vyplývající z aktuálních požadavků. U všech variant použití materiálu Micronal^®PCM je ale potřebné si uvědomovat, že i tento materiál má svá technická a tepelně akumulační omezení. Proto je nezbytné vždy zvážit jeho použití i vzhledem k jeho ceně.

Hmota vs. PCM

1. Vzrůstající teplota bez použití materiálu Micronal^®PCM
2. Vzrůstající teplota s aplikovaným materiálem Micronal^®PCM

Optimalizovaná pokojová teplota - diagram s ukázkou přehřívání prostoru

1. Bez použití materiálu Micronal^®PCM
2. Zlepšený teplotní stav po aplikaci materiálu Micronal^®PCM

Akumulační schopnost sádrokartonových desek SmartBoard™ je možné přirovnat k betonové desce. Při využitelném teplotním rozdílu 1°C je betonová deska o tloušťce 7 cm a ploše přibližně 115 m² schopna akumulovat asi 5000 W energie. Stejného výsledku dosáhneme použitím SmartBoard™ s plochou jen přibližně 54 m² a tloušťky jen 1,5 cm, ovšem bez nutnosti dodání další energie. Můžeme říci, že plocha 10m² desky SmartBoard™ má schopnost akumulovat energii 1000 W.

Vlastností materiálů s obsahem Micronalu^®PCM se však dá využít v období celého roku, nejen na akumulaci teplotních přebytků v létě. V přechodném období, na jaře a na podzim, velmi efektivně zajišťuje tepelnou stabilitu interiéru svými fázovými změnami při nárazových teplotním změnách v interiéru, jejichž původem je oslunění, činnost osob, topení v krbu apod. Můžeme to přirovnat k regulační funkci radiátorové termostatické hlavice, která svojí činností omezuje teplotní špičky vznikající spolupůsobením jiných zdrojů energie v prostoru a zabraňuje tak uplatnění nadbytečné energie, která by jinak způsobila nežádoucí zvýšení interiérové teploty, samozřejmě při využití všech dostupných stavebních, architektonických a technických prvků a řešení, které zamezují vzniku tohoto teplotního diskomfortu.

Tyto vlastnosti se více zhodnotí u nízkoenergetických objektů a zejména těch staveb, které jsou již budovány na úrovni pasivních domů - například rodinné domy a občanské stavby, jejichž roční měrná spotřeba tepla na vytápění nepřevýší hodnotu 15 kWh/m².

Neméně důležitý ukazatel pro použití Micronalu^®PCM je i jeho ekologický přínos, kdy se v mnoha případech budova dokáže obejít bez energeticky náročné klimatizace nebo dokáže výrazně snížit požadavky na její výkon, a tím i v konečném důsledku snížit emise CO₂.

Použití Micronal^® dle bodu tání

Typ Micronal^® DS 5001X +26°C:

Koncepce stavebního řešení – lehká stavební konstrukce, základním stavebním materiálem je např. dřevo v různých formách – dřevodesky, panely, klasické dřevo nebo neakumulační materiál typu polystyren či jiná tepelná izolace, sádrokarton apod. Použitý materiál je součásti interiéru, obvodového zdiva, konstrukčních prvků v rodinných domcích, nástaveb bytových domů – půdní prostory, administrativních celků – kanceláří. Praktická aplikace produktu s Micronal^® DS 5001X s bodem tání cca +26°C je všude tam, kde působením klimatických vlivů a provozních režimů dosahují interní denní teploty v letním období hodnoty výrazněji nad +26°C bez nasazení klasické klimatizace.

Typ Micronal^® DS 5008X +23°C:

Koncepce stavebního řešení – kombinovaná skladba např. zdivo typu POROTHERM, YTONG, KM BETA, VELOX apod. vnitřní zdivo z podobných materiálů, minimalizace střešních oken, optimalizace oken ve svislém zdivu s externím stíněním. Praktická aplikace produktu s Micronal^® DS 5008X s bodem tání cca +23°C je všude tam, kde působením klimatických vlivů a provozních režimů dosahují interní denní teploty v letním období hodnoty okolo +25 až +26°C bez nasazení klasické klimatizace.

Technické informace

Technický list výrobku - doplnění ke stávajícím informacím o MICRONALU!!!