PCM in gebouwen

Met de steeds verdergaande aanscherpingen van de Energieprestatie voor gebouwen neemt het belang van het opnemen van thermische massa's in het ontwerpproces steeds meer toe. Door de aanscherpingen van het BENG-criteria (NTA 8800) wordt het warmteverlies van de thermische schil van het gebouw richting het jaar 2030 en met de eindnorm in 2050 verder gereduceerd.

De energieprestatie van een gebouw wordt uitgedrukt in de drie energieprestatie-indicatoren: energiebehoefte (EP1), primair fossiel energiegebruik (EP2) en aandeel hernieuwbare energie (EP3).

Phase Change Materials (PCM's) of faseovergangsmateriaal in Gebouwen worden in 2 product categorieën ingedeeld met een onderverdeling naar de wijze van warmteoverdracht van de omgeving naar het faseovergangsmateriaal in de eindproducten:

• Direct klimatiseren: Klimatiseren van een gebouw, specifiek een omgeving (kantoor(ruimte)), door het verhogen van de interne warmtecapaciteit met smelttemperaturen binnen het bereik voor thermische behaaglijkheid van de mens, tussen 18 en 28 °C (PCM-klimaatplafond, PCM-klimaatvloer, PCM-Klimaatwand). Met direct klimatiseren wordt de thermische massa verhoogd. Hiermee wordt de interne warmte capaciteit kunstmatig verhoogd. Hiermee wordt oververhitting verlaagd (TOjuli) en heeft een gunstig effect voor het energielabel.
• Indirect klimatiseren: Klimatiseren van een gebouw, specifiek een thermische buffertank (thermische batterij) in een werktuigbouwkundige installatie met smelttemperaturen afgestemd op de ontwerptemperaturen van de installatie (indirecte boilers, directe boilers, buffervaten).

Direct klimatiseren

1. Verhogen interne warmtecapaciteit: In gebouwen worden kieren en naden nauwkeuriger afgedicht (infiltratie (Qv-10)), de isolatie van de thermische schil wordt verbeterd en de warmteterugwinning (WTW) wordt vergroot. Samen met de huidige binnenarchitectuur, lichtbouw binnenwanden, gesloten systeemplafonds en vloerbedekking, vormen gebouwen zich tot massaloze thermosflessen, waarin de interne warmtedissipatie niet meer wordt gedempt maar versterkt. In dit soort gebouwen met een gering warmteverlies en geen benutbare interne warmtecapaciteit vindt een verschuiving plaats van minder verwarmen naar meer koelen. Er gaat dan meer energieverbruik naar koeling om de ruimte behaaglijk te houden. Het kenmerk van PCM's is het creëren van een grotere benutbare warmtecapaciteit.
2. Koelen en verwarmen: Direct klimatiseren van ruimten in gebouwen gaat gepaard door cyclische faseovergangen met een periodetijd van 24 uur. Het betreft dus korte termijn opslag van warmte in ruimtes. Door het smelten en stollen van een PCM wordt de ruimte op een comfortabele binnentemperatuur gehouden. Tijdens het smelten koelt het PCM de ruimte (warmte wordt opgenomen door het PCM) en gaat over van de vaste naar de vloeibare aggregatietoestand. Als het PCM daarna weer stolt (warmte wordt afgegeven door het PCM), wordt de ruimte verwarmd. Bij een goed ontworpen nachtverlaging van de omgevingstemperatuur van het PCM gaat het PCM weer terug van de vloeibare naar de vaste aggregatietoestand.

PCM-eindproducten voor het direct klimatiseren van leefzones:

• Waarbij de warmteoverdracht tussen de leefzone en het PCM plaatsvindt met gedwongen convectie, zoals in inductie- en ventilatorconvectoren;
• Waarbij de warmteoverdracht tussen de leefzone en het PCM plaatsvindt met voornamelijk vrije convectie en straling, zoals bij plafonds, wanden, vloeren en interieurinrichting.

Thermische verstoringen, zoals temperatuurpieken en -dalen, worden beter, dan door bij andere bouwmaterialen, gedempt en in tijd vertraagd. PCM's in gebouwen kunnen niet correct functioneren zonder een goede nachtontlading (middels vrije convectie of geforceerde convectie).

Indirect klimatiseren

In de afgelopen decennia zijn niet alleen de architectuur en bouwtechniek veranderd maar ook de gebouwinstallaties. Bij het klimatiseren van gebouwen heeft een transformatie plaatsgevonden van lage temperatuur koeling (bv. warmtepomp) naar hoge temperatuur koeling (bv. airconditioning) en van hoge temperatuur verwarming (bv. CV-ketel) naar lage temperatuur verwarming (warmtepomp). Dit heeft er mede toe bijgedragen dat het steeds interessanter wordt de hoge temperatuur koeling en lage temperatuur verwarming hybride uit te voeren met PCM met vergelijkbare smelttemperaturen.

PCM-eindproducten voor het indirect klimatiseren van leefzones:

• Waarbij de warmteoverdracht in de werktuigbouwkundige distributienetten/distributieleidingen tussen het fluïdum en het PCM gebaseerd is op gedwongen convectie, zoals bij datakoelers en thermische buffertanks.

Note: Alle praktisch toepasbare PCM's voor het klimatiseren van gebouwen gedragen zich niet als thermisch ideale faseovergangs-materialen. In plaats van een constante smelttemperatuur bezitten alle toepasbare PCM's onderkoeling, hysteresis en twee separate temperatuurtrajecten voor smelten en stollen. De beide temperatuurtrajecten zijn verantwoordelijk voor het thermisch niet-ideale gedrag met een niet-oneindig grote warmtecapaciteit.

Heeft u naar aanleiding van deze informatie over de Phase Change Materials (PCM's) Gebouwen of geïnteresseerd in een Proof of Concept (COP) nog vragen voor uw bedrijf, instelling of opdrachtgever, dan kunt hiervoor gemakkelijk contact opnemen middels het contactformulier en met het hierbij genoemde telefoonnummer en/of email. U kunt ook gebruikmaken van het aanvraagformulier voor het aanvragen van een dienst of interim.