PCM - Phase Change Materials Grøn Byggalliance Fagseminar: Varme og kuldelagring i bygg Oslo, den 1. November, 2010

Transkript

1 PCM - Phase Change Materials Grøn Byggalliance Fagseminar: Varme og kuldelagring i bygg Oslo, den 1. November, 2010 Jesper Bjerregaard, BASF A/S Regional Market Development Manager UK/Nordic 1

2 BASF - At a glance BASF The Chemical Company The world s leading chemical company Offers intelligent system solutions and high-value products for almost all industries Sales 2009: 50,693 million Income from operations (EBIT) 2009: 3,677 million Employees at year-end 2009: 105,000 2

3 The Verbund Site Ludwigshafen the world s largest integrated chemical complex 3

4 Six segments, 14 operating divisions and over 60 business units Chemicals Plastics Performance Products Functional Solutions Agricultural Solutions Oil & Gas Inorganics Performance Polymers Dispersions & Pigments Catalysts Crop Protection Oil & Gas Petrochemicals Polyurethanes Care Chemicals Construction Chemicals Intermediates Paper Chemicals Coatings Performance Chemicals 4

5 Heat storage: two types Phase transition Melting/Crystallization heat Ice-Water: H = 333 kj/kg at 0C 333 kj/kg Temperature difference Heat capacity Water: c p 4.2 kj/kg K 1C 80C 332 kj/kg Picture: BASF Picture: BASF 5

6 PCM through the stages of change! 6

7 PCM through the stages of change! 7

8 How BASF makes the PCM-microcapsules Emulsion of paraffin in hot water Paraffin core Adding monomers + starter Polymerisation at droplet surface Polymer shell 8

9 Microcapsules as packaging for the PCM PCM are microencapsulated PCM comes in powder form or as a dispersion. Product Name: Micronal PCM 3 melting points available: 21 C, 23 C or 26 C 5 µm Acrylic polymer coating ( plexiglas ) Wax (paraffin) Fp: ca. 23 C or 26 C H: 110 J/g 9

10 Durability of PCM-Microcapsules 30 years + Long term test at 24 cycles/day, Time: 16 months cycles (finished) Energy load unchanged no damaged capsules Picture: BASF 10

11 PCM in Construction Materials Microcapsules are used as raw material and is imbedded into construction materials Gypsum based materials Cement based materials Sandwich element with polyurethane 11

12 PCM increases the thermal storage capacity of materials A gypsum plasterboard containing PCM has the same heat-storage capacity as 9 cm concrete or 12 cm brick. Allows new design possibilities Usage in existing construction components. 12

13 Passive and Active Cooling with PCM passive application Passive cooling with natural ventilation Retrofitting with plaster boards in existing buildings active cooling concept PCM plus concrete-core cooling PCM plus conventional A/C Foto: MFS 13

14 Software Tool for Architects: PCMexpress Full year calculation of cooling needs with vs. without PCM Free software => available via 14

15 Comfort simulation in a prefab house: Sections for simulation Room set 1 Wall 2 R2 R1 Room 2 Wall 1 Wall 3 Room 1 N Room set 1, upstairs Wall 4 15

16 Wooden lightweight construction Day cycle in summer 26th July R2 R1 Temperature more constant Room #1 upstairs 28,3C dt = 8,5C - 3,5C T max dt = 3,8C 25,0C 16

17 Wooden lightweight construction 1 Year in Room #1 upstairs: Wood + Standard Gypsum Board vs. Wood + PCM gypsum board h more comfort -158 h less discomfort Level 1 room 1 (Innenwand 23 C, Dach 26 C) 17

18 Wooden lightweight construction Increased comfort for users: Days >26C Attics area in summer using PCM technology Attics area in summer without PCM 18

19 PCM beton Projekt til udvikling, anvendelse og industrialisering af PCM i beton PCM-beton prototype fra Teknologisk Institut, 2008 Støbning af PCM-beton i Lab-House, EnergyFlexHouse, 2009 Projekt med støtte fra Højteknologifonden om videreudvikling af PCM-beton,

20 PCM Beton New energy-efficient concrete prepared for industrialized production VALUE CHAIN BY CORE COMPENTENCE BASF Danish Technological Institute Spæncom Aalborg Uni. PCM & concrete additives concrete production energy design BASF sales force concrete manufacturers architects & engineers market push VALUE CHAIN BY STRATEGIC INVOLVEMENT market pull end-user/ builder 20

21 PCM Beton Vision og målsætningerfor projektet 21

22 PCM Beton Projektoversigt EnergyFlexHouse 22

23 Tak for opmærksomheden! Yderligere information kan findes på følgende hjemmesider:

24 Back up slides Elforsk: Anvendelse af PCM i fremtidens bygninger BSim løsning for PCM 24

25 Projektets formål Opbygge grundlaget for anvendelsen af faseskiftende materialer til at forbedre temperaturforholdene i fremtidens bygninger. Med de nye energibestemmelser i Bygningsreglementet fra april 2006, stramningen af bestemmelserne i 2010 og 2015 vil det være nødvendigt, at fremtidens bygninger kan holdes komfortable i varme perioder uden at det kræver ekstra elforbrug til ventilation og mekanisk køling. Bygningernes aktive varmekapacitet kan øges markant ved at anvende faseskiftende materialer (PCM), hvor der akkumuleres betydelige energimængder ved selv små temperaturstigninger, når materialet skifter fase fra fast form til flydende (a la is, der smelter). 25

26 Projektpartnere Vidensinstitutioner Industripartnere Brancheforeninger * project leader Følgegrupper 26

27 Mål for projektet Opbygge viden om optimal anvendelse af byggematerialer med faseskiftende materialer. Udvikle og demonstrere anvendelse af PCM i cementbaserede byggematerialer. Udvikle et tillægsmodul til simuleringsværktøjet BSim til simulering af bygninger med PCM. Demonstrere energi- og indeklimamæssigt potentiale ved anvendelse af PCM i fuldskalaforsøg i EnergyFlexHouse. Formidling af projektets resultater mod byggematerialeproducenterne og mod projekterende arkitekter og ingeniører. 27

28 Back up slides Elforsk: Anvendelse af PCM i fremtidens bygninger BSim løsning for PCM 28

29 Tillægsmodul til simuleringsværktøjet BSim - PCM-faneblad tilføjet BSim (Building Simulation) er et integreret software til projektering af bygninger og installationer, som er udviklet af Statens Byggeforskningsinstitut, SBi For at kunne beregne med PCM var det nødvendigt, at udvikle programmet til at: Ændre i materialedatabasen Temperaturafhængig varmekapacitet Temperaturafhængig varmeledningsevne Ændringer i beregningsrutine Beregning af varmekapacitet (hysterese) 29

30 Tillægsmodul til simuleringsværktøjet BSim - Varmekapacitet Brugeren kan indtaste data for varmekapacitet for et materiale 30

31 Tillægsmodul til simuleringsværktøjet BSim - modellering af bygninger Beregningsmodellen er nu tilføjet i BSim og programmet kan nu gennemføre beregninger på bygninger med materialer der indeholder faseskiftende materiale. Eksempel på simpel BSim model af to identiske kontorer I projektet fokuseres på kontorbyggeri, da det er her man har et stort kølepotentiale. Årssimulering Opvarmning [kwh] Køling [kwh] Total [kwh] Reference PCM

32 Tillægsmodul til simuleringsværktøjet BSim - energi- og indeklimamæssigt potentiale Aalborg Universitet beregner på det energi- og indeklimamæssigt potentiale for forskellige typer bygninger med udgangspunkt i det ny tillægsmodul i BSim. Beregninger dækker over variationer af kontorbyggeri, hvor der bl.a. varieres på parametre som vinduesstørrelser, orientering af vinduer, termisk masse (udover PCM) osv. Alle disse variationer skal give et overblik over hvordan og i hvor høj grad PCM kan udnyttes til at klimatisere kontorbyggeri i DK. 32

33 Be06 - Bygningers energibehov - næste skridt i projektet Be06 beregner bygningers energibehov og er udviklet af SBi til at dokumentere, at energikravene overholdes Byggeprodukter med faseskiftende materiale skal indarbejdes i Be06, så effekten på energibehovet bliver medregnet. Beslutningen om hvordan det skal gøres træffes af SBi. 33

34 34

35 35