Materiale inteligente

PCM & comp

PCM & comp

Cel mai banal material din aceast clas este... apa. Trece prin trei stri de agregare, solid, lichid i gazoas, pentru fiecare din acestea existnd parametri specifici, cerine, condiii i domenii specifice de utilizare.

n cazul apei i nu numai - factorul care determin trecerea de la o stare la alta este temperatura. Exist i factori chimici care pot determina aceste modificri de stare, n general asociai cu modificri ale proprietilor de elasticitate ale unor materiale (trecerea de la geluri la coloidale)

n domeniul construciilor intereseaz asigurarea unei temperaturi n spaiile interioare care s nu nregistreze variaii mari.

Starea de confort termic nu este asociat doar cu

temperatura ci i cu micarea aerului. Climatizarea se asociaz cu ventilaia. Prevederea de instalaii de clim i ventilare cost!

PCM & comp

Ce tiam i am uitat:

ferestre care se proiectau cu cap (adic asigurau o ventilaie ncruciat), celebrele turnuri de vnt din arhitectura torid a Orientului Mijlociu i banalele couri de sobe din spaiul nostru, temperat i cel nordic.

Noroc cu crizele de toate felurile (economic, energetic, a resurselor) c ne mai amintim cte ceva.

PCM & comp

tim c apa nghea la 00C. Cnd se dezghea, cedeaz rcoare spaiului din jur, scznd temperatura acestuia. Altfel spus, gheaa dezghendu-se, rcorete spaiul. Adic la trecerea de la o stare de agregare la alta.

PCM & comp

Ajutm puin natura, combinnd nite sruri care nghea la... 150C. tiinific se cheam cristalizare. Noaptea stocm aceste sfere ngheate undeva iar ziua le dm drumul pe traseu, prin canale de instalaii. Fiind mai cald, sferele se vor topi (proces ce are loc cu absorbie mare de cldur), rcorind aerul. De fapt se poate spune c ele elibereaz ceea ce a fost stocat rece sau cald. n stare lichid, ele circul pn n tancuri de depozitare unde ateapt s se fac sear, s fie transmise iar, de data aceasta ntr-un aer rcit, unde nghea iar... i tot aa.

PCM & comp

phasechange.com

PCM & comp

phasechange.com

PCM & comp

PCM & comp

http://climatetechwiki.org/technology/jiqweb-pcm-0 newsroom.ecocustomhomes.com

PCM & comp

Se pare c NASA le folosete de la nceputul anilor 60. Germania a dezvoltat aceste tipuri de sisteme de asemenea, utiliznd acetatul de sodiu ca mediu de depozitare a cldurii latente i un ulei pentru transferul cldurii.

Compuii utilizai n aceste sisteme pot fi

- organici (diferite tipuri de ceruri i parafine)

- minerali (amestecuri de sruri i de ap)

i desigur combinaii ale acestora.

PCM & comp

PCM & comp

Nu exist doar sfere care rcesc; s-au creat pulberi care se amplaseaz n tavane i perei, produse pe baz de ipsos (plci similare celor cunoscute), cu capacitatea de stocare a cldurii / rcorii i chiar... vitraje care permit o climatizare pasiv a faadelor. Firma elveian GLASSX propune urmtorul sistem interesant: sunt mai multe straturi de sticl ntre care exist, spre exterior, un strat din prisme din mase plastice transparente, orientate astfel nct vara radiaia solar s fie reflectat i iarna s traverseze sticla prismele funcioneaz pe principiul dispozitivelor parasolare i, dincolo de alte dou straturi de sticl, un strat de sruri care menin temperatura interioar constant.

PCM & comp

Materialele care trec dintr-o stare de agregare n alta au ca o caracteristic interesant pentru domeniul construciilor faptul c la temperatura ambiant sunt solide. Ele se topesc dac temperatura crete i acest proces se produce cu absorbie de cldur. La trecerea din stare lichid napoi n stare solid, deci cnd temperatura scade din nou, procesul fizic presupune cedare de cldur i prin urmare spaiul se nclzete.

PCM & comp

Prevederea n alctuirile subansamblurilor constructive de materiale inteligente care trec dintr-o stare de agregare n alta poate s nsemne c acestea absorb cldur ziua i o cedeaz noaptea, cnd se solidific din nou.

PCM & comp

PCM & comp

Ce se mai poate spune despre aceste sisteme (generic, evident) este c sunt reciclabile, nepoluante, au o fiabilitate mare (permind un numr remarcabil de reveniri de la o stare la cealalt). Parafinele nu sunt chiar ieftine, e adevrat i la fel de adevrat nu exist nc o aplicabilitate generalizat a sistemelor.

PCM & comp

Caracteristici

- s se gseasc din belug (altmineri ar presupune costuri foarte ridicate)

- s fie ieftine (din acelai motiv de mai sus)

- s nu fie corozive, s nu degaje emisii nocive, - s nu fie toxice n general

- s nu fie higroscopice

- s aib punctul de topire la peste 250C

PCM & comp

Unii compui ai parafinelor sunt din aceast categorie. Pn ca aceste materiale s fie nglobate n produse finite (de tipul plcilor pentru perei sau tavane) se mai cerceteaz.

Aplicaii ale acestor materiale au fost ns nregistrate prin lumea larg: un amestec de perlit expandat cu clorur de calciu a condus la obinerea unui produs care trece din stare solid n stare lichid la 280C.

PCM & comp

Izolaia termic realizar astfel acumuleaz cldur ziua i noaptea, prin solidificarea produsului, elibereaz cldur ctre spaiile interioare.

Plci din ipsos care includ materiale cu stare de agregare variabil n proporie de o treime, au capacitatea de stocare a cldurii echivalent cu a unui perete de zidrie de 23 cm, n gama de temperaturi cuprins ntre 220C i 260C.

PCM & comp

Materialele stare de agregare variabil nu sunt singurele materiale inteligente care se ncearc a se introduce n produsele contemporane pentru construcii.

Exist materiale care capteaz sau elibereaz materia fie aceasta gazoas sau lichid, prin procese fizice i chimice la nivel molecular.

PCM & comp

Dintre produsele care stocheaz materia, disponibile pe pia, se pot meniona materiale care stocheaz apa sau gaz, respectiv cele care stocheaz particule (excitate de cmpuri ionizate, electrice sau electromagnetice, pentru a absorbi particule; odat ce cmpul este ndeprtat, particulele absorbite sunt eliberate din nou n mediu).

PCM & comp

Proprietile acestor materiale le permit s reacioneze la stimulul pe care l reprezint apa sau gazul prin vaporii de ap sau prin unele soluii apoase, prin ncorporarea lor n structura interioar sau n volum. Se poate astfel modifica volumul, densitatea, caracteristicile optice ale materialului n urma absorbiei (conform DEX fenomen fizic prin care un corp lichid sau solid ncorporeaz prin difuzie din afar o substan oarecare) sau adsorbiei (conform DEX proces de fixare a moleculelor unui gaz sau ale unui corp dizolvat, ntr-un strat foarte subire, pe suprafaa unui corp solid) apei sau gazului.

PCM & comp

Diferena ntre absorbie i adsorbie este c adsorbia este un fenomen de suprafa - moleculele materiei se ataeaz la suprafaa unui alt material - n vreme ce absorbia definete un fenomen care se produce n volumul materialului: moleculele de materie sunt preluate n volumul materialului.

Stocarea poate de asemenea presupune i degajarea de cldur odat cu reaciile chimice care pot s aib loc.

PCM & comp

Materialele care pot capta i reine apa sunt foarte interesante: apa n exces poate fi captat, stocat i eliberat la nevoie

Avem cu toii cel puin o experien de perete pe care curge apa, fie de la o izolaie prost executat, fie de la o eav spart, fie de la ploi puternice care au inundat subsolul

Un astfel de material, nglobat n tencuieli, preia apa n exces i o cedeaz cnd aerul este prea uscat, de pild

PCM & comp

Materialele sau componentele n stare de agregare solid sau lichid care pot prelua prin suprafa componente gazoase i care astfel i schimb proprietile fizice (volum, densitate), caracteristicile optice sau energetice sunt adsorbani minerali. Este vorba despre unele geluri silicatice, unele argile, deci materiale care intr n componena tencuielilor i a finisajelor de acoperire n general.

PCM & comp

Materialele sau componentele solide sau lichide la care preluarea componentelor gazoase se face prin suprafa dar se transmite n ntregul volum al materialului receptor, sunt absorbani minerali. Exponentul acestui tip de minerale ar putea fi bentonita, un tip de argil care se dilat puternic n prezena vaporilor de ap. Bentonita modificat, ca i unele sruri i geluri, este utilizat ca desicant.

PCM & comp

Materialele comune care pot prelua umiditatea din mediu prin suprafa i transmite n volum sunt lemnul i toate produsele derivate din acesta, pielea, chiar crmida plin care are o interesant capacitate de preluare a umiditii n exces, pe care o elibereaz n perioadele n care aerul din mediul nconjurtor este mai uscat. Lemnul i crmida nu sunt considerate materiale captatoare de materie (poate nu e cea mai nimerit formulare dar exprim fr ndoial fenomenul) deoarece procentul de materie captat este mic.

PCM & comp

Hrtia este utilizat la japonezi, datorit proprietilor sale higroscopice, un bun produs pentru purificarea aerului din ncpere: tratat cu un material fotocatalitic (dioxidul de titaniu) i n prezena luminii, acest tip de hrtie realizeaz n mod ecologic i fr consum de energie o depoluare a aerului interior.

PCM & comp

http://www.toolbase.org/Technology-Inventory/HVAC/phase-change-materials

http://www.global-greenhouse-warming.com/phase-change-material.html

Axel Ritter, Smart materials in architecture, interior architecture and design, Birkhauser, 2007

Materiale inteligentePCM & compSlide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21Slide Number 22Slide Number 23Slide Number 24Slide Number 25Slide Number 26Slide Number 27Slide Number 28Slide Number 29Slide Number 30