Новости/Аналитика

Интеграция материалов с фазовым переходом в костробетон рассматривается как один из ключевых путей создания пассивных зданий нового поколения. Главная идея разрабатываемой технологии - костробетон обеспечивает теплоизоляцию и паропроницаемость, а PCM добавляет тепловую аккумуляцию, превращая стену в своего рода естественную систему хранения энергии. 

В экономически развитых странах мира постоянно проводятся эксперименты по улучшению свойств костробетона. Чрезвычайно интересными являются опыты, направленные на использование различного рода материалов с фазовым переходом (способные накапливать тепловую энергию при изменении физического состояния, например, из твердого в жидкое, и медленно высвобождать ее при возвращении в исходное состояние), которые существенно улучшают свойства строительных материалов. С данным вопросом редакция профильного электронного издания национальных коноплеводов обратилась к специалистам “Конопляного Университета”, которые в рамках одного из реализуемых проектов отслеживает подобного рода тенденции. Уже традиционно предоставленная в наше распоряжение информация публикуется без каких-либо изменений либо купюр. 

Эксперименты по внедрению материалов с фазовым переходом (Phase Change Materials, PCM) в костробетон направлены на повышение его способности аккумулировать и регулировать тепло, что делает этот биокомпозит более эффективным для энергоэффективного строительства. Ниже описаны основные подходы к использованию PCV в костробетоне, а также представлены полученные результаты подобных исследований.

Необходимо изначально отметить, что главной задачей подобного рода опытов является объединение высокой паропроницаемости и теплоизоляционных свойств костробетона с функцией теплового накопления, обеспечиваемой PCM.

Костробетон обладает хорошей теплоизоляцией, но низкой тепловой инерцией. Добавление PCM позволяет:

• сглаживать суточные колебания температуры; 

• снижать потребление энергии на отопление и охлаждение; 

• повышать комфорт внутри помещений. 

Основные схемы внедрения PCM в костробетон

Микрокапсулированные PCM в составе смеси - самый распространённый экспериментальный метод.

В стандартную смесь костробетона (костра, известковое или известково-цементное связующее, вода) добавляют микрокапсулы PCM (обычно парафин или жирные кислоты). Содержание PCM в экспериментах варьируется от 5–10 % массы связующего до 20–25 % объёма пор.

Отмечается, что при температуре 20–26 °C материалы с фазовым переходом плавятся и поглощают тепло, а при охлаждении PCM кристаллизуется и медленно отдаёт накопленную тепловую энергию. В результате наблюдается увеличение теплоёмкости PCM костробетона на 30–70 %, а также снижение суточных температурных колебаний в помещении на 2–4 °C. 

Импрегнация костры PCM - пропитывание растительного наполнителя.

После сушки костры, она погружается в расплавленный PCM, а в дальнейшем уже охлажденный материал используется в качестве наполнителя. Таким образом PCM фиксируется внутри пористой структуры костры и создаётся биокомпозит с распределёнными тепловыми аккумуляторами. 

Макрокапсулы PCM внутри стеновых блоков (тестируются капсулы с PCM, встроенные в костробетонные панели). В качестве PCM используются пластиковые или алюминиевые контейнеры, заполненные парафином или гидратами солей. Днём эти встроенные капсулы поглощают тепло, а ночью отдают его обратно в помещение. 

Типы PCM, используемые в экспериментах

Парафиновые PCM - наиболее распространённые. Температура плавления составляет от 20 до 24 °C (для жилых помещений), 26–28 °C (для жаркого климата). Преимуществами применения данного типа PCM является химическая стабильность и отсутствие коррозии. 

Гидраты солей - имеют более высокую тепловую ёмкость. Недостатками являются расслоение гидратов солей, что предполагает необходимость использования специальных стабилизаторов. 

Биологические PCM - жирные кислоты либо растительные воски. Ключевым достоинством является биосовместимость материала.

В профильной литературе отмечается, что в пилотных проектах зданий с PCM-костробетоном было обнаружено:

• снижение потребления энергии на охлаждение до 20–30 %;

• снижение пиковых температур в помещении на 3–5 °C;

• повышение тепловой инерции стен. 

Проблемы и перспективы технологии

Несмотря на перспективность, остаётся ряд нерешенных задач, а именно:

• механическая прочность PCM костробетона - материалы с фазовым переходом могут снижать прочность материала на 10–25 %;

• цена - микрокапсулированные PCM значительно увеличивают стоимость строительной смеси;

• долговечность – пока не удается обеспечить стабильность капсул после 1000+ циклов плавления. 

Интеграция материалов с фазовым переходом в костробетон рассматривается как один из ключевых путей создания пассивных зданий нового поколения. Главная идея разрабатываемой технологии - костробетон обеспечивает теплоизоляцию и паропроницаемость, а PCM добавляет тепловую аккумуляцию, превращая стену в своего рода естественную систему хранения энергии. 

< Предыдущая статья     Следующая статья >