Γερμανικός Τεχνολογικός Πυρήνας: Τέλεια ενσωμάτωση Gravel και PCM
Η πρωτοποριακή έρευνα από γερμανικές επιστημονικές ομάδες έθεσε τα τεχνικά θεμέλια για το PCM-ενοχοποιημένοχαλίκι. Η βασική διαδικασία περιλαμβάνει τη χρήση πορώδους φυσικού χαλίκι (κατά προτίμηση βασάλτη με 30%-40% πορώδες) ως φορέα, μέσα στον οποίο εγχέεται οκταδεκάνιο (μια στερεή-υγρή ουσία αλλαγής φάσης) μέσω διάχυσης κενού για να σχηματιστεί ένα σύνθετο υλικό αποθήκευσης ενέργειας. Η θερμοκρασία αλλαγής φάσης του Octadecane ελέγχεται με ακρίβεια στους 24 βαθμούς -το κρίσιμο όριο για την ανθρώπινη θερμική άνεση. Όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος υπερβαίνει τους 24 βαθμούς, το οκταδεκάνιο απορροφά θερμότητα και λιώνει από στερεό σε υγρό. όταν είναι κάτω από 24 μοίρες, απελευθερώνει θερμότητα και στερεοποιείται, δημιουργώντας «ρυθμιστή θερμοκρασίας» μέσω των μεταβάσεων φάσης.
Οι δοκιμές δείχνουν ότι αυτό το σύνθετο υλικό επιτυγχάνει θερμική πυκνότητα αποθήκευσης 180 kJ/kg, 5-8 φορές μεγαλύτερη από αυτή του συνηθισμένου σκυροδέματος. Είναι πολύ σημαντικό ότι η πορώδης δομή του χαλικιού παρέχει ένα σταθερό "δοχείο" για το PCM, αποτρέποντας τη διαρροή-ένα κοινό πρόβλημα με τα καθαρά υλικά αλλαγής φάσης - επεκτείνοντας τη διάρκεια ζωής του σε περισσότερα από 20 χρόνια, ταιριάζοντας με τη διάρκεια ζωής των κτιριακών κατασκευών.
Σενάρια εφαρμογής: Ενεργειακή επανάσταση από τους τοίχους στα παθητικά σπίτια
Σε κτιριακές εφαρμογές, το χαλίκι που έχει εγχυθεί με PCM-επιδεικνύει σημαντικά αποτελέσματα εξοικονόμησης ενέργειας-. Όταν χρησιμοποιείται ως γέμιση τοίχου, σταθεροποιεί τις διακυμάνσεις της εσωτερικής θερμοκρασίας μέσω του κύκλου απορρόφησης θερμότητας-απελευθερώσεως. Τα δεδομένα πεδίου από ένα έργο παθητικής κατοικίας στη Στουτγάρδη δείχνουν: εξωτερικοί τοίχοι γεμάτοι με αυτό το υλικό μειώνουν τις μέγιστες εσωτερικές θερμοκρασίες το καλοκαίρι κατά 4-6 βαθμούς και αυξάνουν τις ελάχιστες χειμερινές θερμοκρασίες κατά 3-5 βαθμούς, μειώνοντας άμεσα την κατανάλωση ενέργειας του κλιματιστικού κατά 35%.
Η αρχή λειτουργίας του έγκειται στη δυναμική αντιστοίχιση των περιβαλλοντικών φορτίων: κατά τη διάρκεια της ημέρας, το ηλιακό φως θερμαίνει τον τοίχο και το υλικό απορροφά και αποθηκεύει θερμότητα. τη νύχτα, καθώς πέφτουν οι θερμοκρασίες, απελευθερώνει θερμότητα για να διατηρήσει τη θερμοκρασία δωματίου, μειώνοντας την εξάρτηση από τα ενεργά συστήματα ψύξης ή θέρμανσης. Αυτό το μοντέλο «παθητικής αποθήκευσης ενέργειας» είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικό στις εύκρατες περιοχές. Πιλοτικά έργα στη Γερμανία και στη λεκάνη του ποταμού Yangtze της Κίνας έχουν επιτύχει πάνω από 30% ετήσια εξοικονόμηση ενέργειας στα κτίρια.
Πλεονέκτημα κόστους: Τεχνολογία αλλαγής φάσης κλιμάκωσης
Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά υλικά αλλαγής φάσης, το χαλίκι με έγχυση PCM-προσφέρει ένα πλεονέκτημα κόστους "μειώνοντας τις διαστάσεις". Το τρέχον κόστος παραγωγής μεγάλης-κλίμακας είναι περίπου 85 ¥/m³, μόνο το 40% των παραδοσιακών υλικών μικροκάψουλας αλλαγής φάσης (που κοστίζουν περίπου 210 ¥/m³). Η μείωση του κόστους προέρχεται από: ευρέως διαθέσιμο φυσικό χαλίκι με χαμηλό κόστος εξόρυξης. απλές διεργασίες έγχυσης υπό κενό που αποφεύγουν τη σύνθετη χημική σύνθεση. και οκταδεκάνιο που προέρχεται από φυτικά κεριά με ελεγχόμενο κόστος πρώτης ύλης.
Από την άποψη του κύκλου ζωής, αυτό το πλεονέκτημα κόστους είναι ακόμη πιο έντονο. Για μια κατοικία 100 ㎡, η αρχική επένδυση σε πλήρωση τοίχων με χαλίκι με PCM-αυξάνεται μόνο κατά ~5.000 ¥, αλλά η ετήσια εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας φτάνει τα 800-1.200 ¥, με απόσβεση σε 5-6 χρόνια. Κατά τη διάρκεια ζωής του υλικού 20 ετών, τα συνολικά οφέλη εξοικονόμησης ενέργειας φτάνουν τα 16.000-24.000 ¥, εξαλείφοντας το οικονομικό εμπόδιο για την προώθηση μεγάλης κλίμακας πράσινων κτιρίων.