Fereastra - Portal de afaceri - revista de specialitate pentru furnizorii de sisteme si producatorii de tamplarie din PVC, Aluminiu si lemn stratificat cu geam termoizolant. Aici gasiti informatii utile despre: ferestre, usi, pereti cortina, termopane, geam termopan, etc.

Un subiect central de cercetare din ultima perioada vizeaza determinarea potentialului de integrare in structura fatadelor cortina a materialelor organice si anorganice cu proprietati de schimbare a fazelor (PCM). Recent, a fost analizat impactul mai multor sisteme PCM asupra fluxurilor de caldura, folosindu-se un model de simulare tranzitoriu. Scopul a fost acela de a cerceta modificarea echilibrului energetic sezonier atat in sezonul rece, cat si in cel estival, avantajul major al acestor solutii in raport cu apa constituindu-se din mentinerea efectului util, chiar in conditiile in care volumul de stocare este limitat. In conditiile constrangerilor spatiale actuale, aceasta proprietate poate constitui un puternic argument pentru integrarea depozitelor termice in fatadelor. Rezultatele preliminare ale studiilor realizate indica faptul ca, in cazul PCM, este necesara luarea in calcul a unor efecte suplimentare, cum ar fi capacitatea caldurii latente, punctul de topire, conductivitatea si sarcina inerta. Utilizarea unor astfel de solutii este promitatoare, insa tehnologia respectiva mai necesita imbunatatiri pentru a asigura rezultatele scontate. 

 

In general, fatadele, ca interfete principale intre mediul interior si cel exterior, influenteaza direct si puternic cererea de energie si nivelul de confort aferente unei cladiri. Ambii parametri mentionati anterior sunt net consolidati prin intermediul sistemelor hibride de pereti cortina, ce integreaza un colector solar-termic controlat si beneficiaza de elemente de stocare energetica in zonele transparente si opace ale fatadelor de tip double-skin (DSF). Gestionarea adaptiva sezoniera si zilnica a castigurilor solare ale unei fatade echilibrate din punct de vedere energetic (SEBF) imbunatateste echilibrul energetic prin utilizarea pasiva a energiei solare. Practic, un sistem SEBF reduce suprafata transparenta a fatadei, prin amplasarea unui parapet opac in structura sa, care functioneaza ca sistem de stocare termica si atenueaza variatiile zilnice ale fluxului de energie. Partea exterioara a DSF protejeaza dispozitivele de umbrire, care sunt esentiale pentru gestionarea eficienta si fiabila a castigurilor solare absorbite prin zonele transparente. Din punct de vedere tehnic, SEBF se bazeaza pe principiile de functionale ale Zidului Trombe (TW), ce reprezinta sisteme pasive de fatada solara, care stocheaza si redistribuie caldura. Un TW tipic combina un perete solid, ce actioneaza ca element de stocare termica, incluzand la exterior elemente vitrate cu rolul de a exploata efectul de sera si a forma astfel un colector solar. Deschiderile sunt deseori echipate cu ventilatoare si permit schimbul de aer intre elementul atasat si cavitatea TW. Studiile curente sugereaza ca TW-urile au un potential ridicat de reducere a cererii de energie in cladiri, ce poate ajunge intre 50% si circa 70%. Principalele dezavantaje sunt legate de structura masiva, izolatia termica deficitara si performanta dezechilibrata dintre iarna si vara (in general, un element TW usor, ventilat genereaza economii de pana la 27% la cererea de energie pentru incalzire in anotimpul rece). 

 

Pornind de la aceste observatii, a fost dezvoltat, prin intermediul unei aplicatii software speciale, un model de simulare termica a SEBF, ce include o aproximare a fluxurilor verticale de caldura intre zonele opace si transparente. Sistemul folosit permite modelarea termica tranzitorie si combinarea cu o strategie personalizata de control, pentru gestionarea adaptiva sezoniera a castigului solar, fiind validat prin masuratori. SEBF isi propune sa transforme susceptibilitatea fundamentala la supraincalzire a DSF-urilor intr-un mijloc de a imbunatati echilibrul energetic al cladirilor, fara un schimb activ de caldura. Scopul este cel de reducere a pierderilor pasive de caldura din timpul iernii si controlul complet al castigurilor de caldura solara din perioada de vara. Studiile preliminare realizate pana in prezent au confirmat designul fundamental al SEBF si au demonstrat adecvarea betonului si a apei ca materiale folosite pentru stocarea termica. Cu toate acestea, ambele solutii sunt greu de integrat in fatadele usoare, deoarece betonul are o sarcina inerta mare, iar apa implica riscul scurgerii si inghetului. De aceea, tehnicile latente de stocare a caldurii reprezinta o alternativa viabila, in care elementul responsabil de stocarea termica este reprezentat de un set de materiale de schimbare de faza (PCM), al caror comportament a fost analizat prin realizarea unor simulari anuale in conditii identice.

 

Intr-o prima etapa a cercetarilor, rezervorul de stocare a fost realizat din aluminiu, fiind plasat in cavitatea DSF si umplut pe rand cu diverse materiale (apa gelificata, beton si doua solutii PCM). Trebuie subliniat faptul ca modelarea PCM-urilor in procesele de simulare reprezinta o mare provocare, intrucat bibliotecile standard de date nu sunt proiectate pentru fluxuri dinamice de caldura. In consecinta, modelarea transferului de caldura prin PCM-uri, cu toate neregularitatile sale (reflectate de parametrul capacitatii de stocare a caldurii), a impus schimbarea elementul de masa standard. Entalpia variabila generata de tranzitia de faza a fost descrisa de o functie continua dependenta de temperatura, iar caldura transferata in procesele de transformare a starii de agregare a fost aproximata printr-o distributie standard. In cazul PCM, s-a optat pentru materiale pe baza de apa sarata de inalta densitate , respectiv pentru o varianta organica. De asemenea, au fost luate in considerare doar efectele stocarii latente a caldurii PCM-urilor. Influenta variabilelor conductivitatii termice in starile solida si lichide, precum si efectele de volum, au fost neglijate. S-a convenit asupra faptului ca parametrul de conductivitate termica din stratul materialului de stocare are o influenta minora si luarea sa in considerare ar duce la un timp de simulare prelungit. 

 

Incercarile au vizat un singur element SEBF, cu dimensiuni de 1,35 m x 2,9 m, configurat astfel incat stratul sau extern sa fie un geam simplu de 8 mm grosime (cu t = 0,823, r = 0,076). Partea interioara a fost impartita pe orizontala intr-o zona de parapet de 1,5 mp si o zona transparenta acoperita de TGU de 1,9 mp. Adancimea cavitatii a fost configurata la aproximativ 150 mm in fata TGU si 100 mm in fata depozitului de stocare. Umbrirea a fost implementata cu ajutorul jaluzelelor venetiene foarte reflectante (r = 0,75). In ceea ce priveste rezervorul de stocare termica, acesta a fost executat din doua foi de aluminiu cu grosime de 3 mm, intre care s-a inserat un material de umplere de 20 mm sau 40 mm. De precizat faptul ca suprafata exterioara a rezervorului a fost realizata astfel incat sa aiba o reflexivitate scazuta si sa fie foarte absorbanta (r = 0,25). Proprietatile PCM-urilor evaluate au fost diferite in ceea ce priveste densitatea, conductivitatea si capacitatea caldurii latente. In general, eficacitatea unor astfel de materiale este definita de temperaturile lor de topire, astfel incat s-a optat pentru variante cu aceasta caracteristica suficient de scazuta pentru a fi atinse in zilele reci si insorite de iarna, precum si suficient de mare pentru a asigura descarcarea in noptile de vara. Pentru a utiliza castigurile solare in perioadele reci, dar si pentru a preveni supraincalzirea in cele mai calde, a fost utilizat un control personalizat al dispozitivelor de umbrire in zonele transparente si cele opace. 

 

Dupa cum era de asteptat, odata cu cresterea masei termice, temperatura suprafetei rezervorului si, prin urmare, riscul de supraincalzire a scazut in mod proportional. Materialele PCM de inalta densitate (PCMA) care au fost testate au limitat temperaturile maxime pe rezervorul de stocare, indicand potentialul de a diminua riscul de supraincalzire si tensiune termica pe componentele fatadei. Betonul si PCMB au avut efecte adverse. In cazul tuturor materialelor de depozitare evaluate, temperaturile suprafetei au acoperit o gama larga de la aproximativ 0 ° C la 70° C. Sub astfel de fluctuatii extreme, efectele benefice ale capacitatii latente de stocare a caldurii PCM-urilor nu au putut fi pe deplin valorificate, din cauza sensibilitatii lor scazute. Totodata, diferentele in ceea ce priveste efectele supraevaluate asupra soldurilor energetice sezoniere si pe termen scurt de catre materialele de stocare testate au fost, la randul lor, mici, din cauza parametrului termic ce masoara capacitarea unui material de a schimba si stoca energie termica. In linii mari, aplicarea PCM, ca material de stocare termica in interiorul DSF neventilate, este posibila si justificata. Cu toate acestea, rezultatele actualelor cercetari indica faptul ca principalul beneficiu al PCM-urilor nu este reprezentat de efectul asupra echilibrului energetic, ci mai degraba volumul si greutatea limitate. Alegerea lor ar trebui sa fie efectuata cu maxima atentie si sa nu se bazeze doar pe capacitatea de stocare latenta. Densitate si conductivitatea ar putea face diferenta intre succes si esec intr-o aplicatie data.