211service.com
'Smältande' gipsskivor håller rummen svala
Byggmaterial som absorberar värme under dagen och släpper ut den på natten, vilket eliminerar behovet av luftkonditionering i vissa klimat, kommer snart att finnas på marknaden i USA. North Carolina-företaget National Gips testar gipsskivor – gipspanelerna som utgör väggarna i de flesta nya byggnader – som innehåller kapslar som absorberar värme för att passivt kyla en byggnad. Kapslarna, gjorda av kemijätten BASF , kan ingå i en rad byggmaterial och finns redan i vissa produkter i Europa.
AC-dödare: Dessa akrylmikrokapslar är fyllda med ett paraffinvax som kan absorbera värme från byggnader.
Fasförändringsmaterialen inuti BASF-kapslarna håller ett rum svalt på ungefär samma sätt som isbitar kyler en drink: genom att absorbera värme när de smälter. Varje polymerkapsel innehåller paraffinvaxer som smälter vid omkring rumstemperatur, vilket gör att de kan hålla temperaturen i ett rum konstant hela dagen. Vaxen fungerar bäst i klimat som svalnar på natten, vilket gör att materialen inuti kapslarna stelnar och frigör värmen de har lagrat under dagen.
I vissa sydeuropeiska klimat, till exempel, absorberar materialen tillräckligt med värme under dagen för att spara 20 procent av den el som behövs för luftkonditionering. I norra Europa, där nattetemperaturerna är svalare, kanske en byggnad som innehåller materialen inte behöver någon luftkonditionering alls, säger Peter Schossig, ingenjör vid Fraunhofer-institutet i München, Tyskland, vars forskargrupp arbetade med BASF för att utveckla kapslarna.
Arbetet är en del av en strävan inom byggbranschen mot grönare byggmaterial som hjälper till att hålla behagliga temperaturer utan att använda el. Enligt U.S. Energy Information Administration förbrukar byggnader mer än 70 procent av den el som genereras i Amerika, och cirka 8 procent av den används för luftkonditionering i hem och kontor. Mycket använda lättviktskonstruktionsmaterial, inklusive träram och gipsskivor, gör det möjligt för entreprenörer att sätta upp byggnader snabbt, men de lagrar inte mycket värme, så temperaturen inomhus varierar under dagen.
Fasförändringsmaterial erbjuder ett sätt att lägga till termisk massa till lätta byggmaterial, säger Leon Glicksman , professor i byggnadsteknik och maskinteknik vid MIT. Sedan 1950-talet har flera företag försökt utveckla passiva kylsystem som drar fördel av fasförändringsmaterial. Men de hade begränsad framgång eftersom det är svårt att införliva dessa nya material i befintliga byggnadsämnen.
BASF tillverkar mikrokapslarna genom att snabbt slå smält vax i hett vatten. Eftersom vax och vatten stöter bort varandra, bildar vaxet små droppar. När forskarna lägger till akrylprekursorer till blandningen driver avstötningen mellan vax och vatten dem att belägga dropparnas yta. Slutligen lägger de till en katalysator för att bilda ett akrylpolymerskal runt vaxet. Den resulterande våta blandningen kan sedan läggas till pulvret som används för att göra gipsskivor eller torkas ut och införlivas i andra byggmaterial, inklusive betong och gips.
Kemisk jätte DuPont tillverkar också inkapslade fasförändringsmaterial och har inkorporerat dem i värmeabsorberande paneler som de marknadsför i Europa. BASF:s strategi är lite annorlunda: företaget säljer kapslarna till andra företag för att integreras i en rad byggmaterial, inklusive takpaneler, lättbetongblock och gipsskivor. Baserat på tyska elpriser och klimatförhållanden uppskattade en studie utförd av BASF att ett familjehem tillverkat med gips som innehåller 360 gram av fasförändringsmaterialet (till en kostnad av 4 883 USD) skulle spara tillräckligt med el för att få tillbaka kostnaden inom fem år .
National Gypsum samarbetar med National Renewable Energy Laboratory och Kaliforniens Emerging Technologies Coordinating Council för att fälttesta sina värmeabsorberande paneler, som kommer att marknadsföras under namnet Thermalcore . Panelerna tillverkas genom att blanda BASF:s mikrokapselvattenlösning med gips, mineralet som används för att tillverka gips. De paraffiner som används av BASF kan skräddarsys för att smälta vid olika temperaturer; de i National Gypsums paneler blir flytande vid 22,8 ºC (cirka 73 ºF). Enligt företaget kan panelerna lagra 22 brittiska termiska enheter per kvadratfot.
National Gypsum kommer att ta minst ett år att testa panelernas prestanda genom alla fyra säsongerna innan de släpps ut på marknaden. En talesperson säger att företaget kan omformulera panelerna för att inkludera mer eller färre av kapslarna, beroende på hur de presterar i klimatet i västra USA. Data från fältförsöken kommer också att användas för att modellera hur mycket panelerna bidrar till att minska energiförbrukningen.
Hittills har de värmeabsorberande kapslarna endast testats i passiva system. Men de kan också användas i aktiva system i varmare klimat, säger MIT:s Glicksman. I kommersiella byggnader skulle man kunna köra luftkonditioneringen på natten när elen är billigare och använda fasförändringsmaterialen för att hålla lägre temperaturer under dagen, säger han. Schossig säger att hans forskargrupp och BASF samlar in data från experimentella aktiva system.