AKTYWIZACJA ENERGETYCZNA PRZEGRÓD W ZWIĄZKU Z UŻYCIEM NOWYCH MATERIAŁÓW
7. SPOSOBY IMPLEMENTACJI W PRZEGRODZIE NOWYCH MATERIAŁÓW
7.1. MODYFIKACJA POJEDYNCZYCH WARSTW PRZEGRODY
Pojedyncze warstwy zewnętrznych przegród wielowarstwowych budynku mogą być miejscem implementacji nowych materiałów, odpowiedzialnych za aktywizację energetyczną przegrody:
– powłoka ochronna zewnętrzna – w miejsce tradycyjnych rozwiązań zastosowa-nie różnych systemów przekryć dachowych w ramach BIPV w postaci: modu-łów fotowoltaicznych z mono- lub polikrystalicznego krzemu montowanych na szynach na dachach spadzistych lub szedowych, cienkowarstwowych ogniw w arkuszach rozłożonych na całej powierzchni, odwzorowujących pokrycia z płaskiej blachy, fotowoltaicznych gontów z krzemu amorficznego w postaci arkuszy imitujących pokrycia bitumiczne, stylizowanych imitacji dachówek ce-ramicznych lub blachodachówek; w przypadku nieprzeziernych ścian użycie fotowoltaicznych paneli okładzinowych [2];
– warstwa izolacyjna – zamiast powszechnie stosowanych rozwiązań termoizola-cyjnych wprowadzenie zestawów szklanych z izolacją transparentną w ramach systemów modularnych, mocowanych przy pomocy rusztu do masywnej ściany budynku, dla ograniczenia zysków cieplnych w okresie letnim zintegrowanych z osłonami przeciwsłonecznymi lub z wentylowaną szczeliną między zestawem szklanym a ścianą akumulującą ciepło; alternatywą dla zestawów szklanych są
J. FIGASZEWSKI 152
płyty komorowe kapilarne TWD, bezpośrednio mocowane do masywnej ściany, pokryte na zewnątrz tynkiem szklanym;
– warstwa akumulacyjna – przy zachowaniu tradycyjnej izolacji reaguje wyłącz-nie na temperaturę wewnątrz budynku; mogą ją tworzyć porowate elementy bu-dowlane (cegły, bloczki betonowe) wypełnione materiałem zmiennofazowym, np. bloczki ze spienionego betonu z dodatkiem zawiesiny Micronal; w przypad-ku uwolnienia warstwy z funkcji nośnej, a utrzymania statusu masy termicznej można wprowadzić zasobniki wypełnione PCM;
– warstwa wykończeniowa wewnętrzna – zastosowanie dla stabilizacji temperatu-ry w pomieszczeniu zaprawy gipsowej z dodatkiem materiału zmiennofazowe-go w postaci mikrogranulatu [3].
7.2. ŁĄCZENIE IZOLACJI TRANSPARENTNEJ Z MATERIAŁAMI ZMIENNOFAZOWYMI
Dla osiągnięcia lepszych efektów energetycznych istnieje możliwość współpracy transparentnej izolacji termicznej z materiałami zmiennofazowymi. Materiały TWD w zestawach szklanych przylegają wówczas do warstwy akumulacyjnej, bądź też za-chowują pewien dystans dla szczeliny wentylacyjnej. Chronią one budynek przed stratami ciepła w okresie grzewczym, ale również pozyskują energię z promieniowa-nia słonecznego, gromadzoną w masie termicznej. Warstwę akumulacyjną stanowią tradycyjne materiały budowlane nasycone PCM lub zasobniki wypełnione materiałem zmiennofazowym. Szczelina wentylacyjna chroni budynek przed zyskami z promie-niowania słonecznego w okresie letnim. Ułatwia także pozbycie się nadmiaru ciepła z pomieszczenia w sytuacji, kiedy ściana akumulacyjna z PCM działa jako po-wierzchnia chłodzącą w warunkach zmiennych obciążeń cieplnych wnętrza.
7.3. ŁĄCZENIE OGNIW FOTOWOLTAICZNYCH Z MATERIAŁAMI ZMIENNOFAZOWYMI
Własności elektryczne ogniwa PV uzależnione są od charakterystyki cieplnej je-go pracy. Podczas konwersji fotoelektrycznej wyzwala się duża ilość energii ter-micznej. Wzrost temperatury zmniejsza sprawność i maksymalną moc ogniwa. Spo-sobem stabilizacji temperatury ogniw PV jest wykorzystanie właściwości materiałów zmiennofazowych w celu odbioru ciepła. Ich przydatność wynika z bardzo dobrej akumulacyjności termicznej, a także z faktu magazynowania ciepła w postaci utajo-nej. Wypełnione nimi płaskie, ożebrowane zasobniki są umieszczane w strukturze wielowarstwowych przegród tuż za panelami PV. Materiał zmiennofazowy przej-muje ciepło wygenerowane pracą ogniw, zmienia swój stan skupienia i będąc cieczą gromadzi je w sobie. Z powodu utajonej postaci ciepła nie zmienia się tempera-tura zasobnika, który tym sposobem oddziałuje na moduły PV jako powierzchnia chłodząca. Obniżenie temperatury otoczenia inicjuje proces zestalania substancji. W jego następstwie uwalnia się energia, która przekazywana jest w nocy do wnętrza budynku [3, 4].
XIV. Aktywizacja energetyczna przegród w związku z użyciem nowych materiałów 153
8. PODSUMOWANIE
Współczesne rozwiązania materiałowe (TWD, PCM, BIPV) pokazują, że można w strukturze wielowarstwowej przegrody zewnętrznej dokonać takich modyfikacji, które włączą ją w szerszym zakresie do zachodzących w budynku procesów gospodarowania energią. Stają się one źródłem wymiernych korzyści, odczuwalnych w bilansie energe-tycznym. Z uwagi na te nowe właściwości nie należy spodziewać się w przyszłości za-powiadanej dominacji przegród transparentnych w budownictwie energooszczędnym. To co było dotąd wyłącznym atutem przeszklonych fasad, staje się także cechą ścian wielowarstwowych. Wskutek użycia TWD mogą one przecież odpowiadać nieomal w równym stopniu za zyski cieplne z promieniowania słonecznego. Równocześnie wzrasta ich rola w kształtowaniu wizualnym obiektu. Każda z warstw przegrody może mieć w tym udział. Z uwagi na duże zróżnicowanie formalne, fakturowe i kolory-styczne znacznie poszerzają one asortyment rozwiązań materiałowych.
Polska stoi przed koniecznością wdrażania idei budownictwa zero energetyczne-go. Zobowiązuje do tego dyrektywa 2010/31/EU za pośrednictwem krajowych re-gulacji. Zastosowanie bardziej udoskonalonych w zakresie energetycznym rozwią-zań materiałowych, przybliżonych w niniejszym artykule, może pomóc w realizacji jej wymogów. Jak dotąd główną barierą ograniczającą ich użycie jest wysoka cena. Nie bez znaczenia jest jednak fakt, że dzięki różnorodności rozwiązań i możliwości elastycznego doboru parametrów stosownie do potrzeb, pozwalają one szybciej osiągnąć zamierzone efekty. W obliczu nadchodzących zmian ustawowych, rzetel-na kalkulacja wszystkich czynników może przyczynić się do zaistnienia, a w przy-padku fotowoltaiki do większego upowszechnienia takich rozwiązań na polskim rynku.
LITERATURA
[1] CHWIEDUK D., Energetyka słoneczna budynku, Wydawnictwo Arkady, Warszawa 2011.
[2] EIFFERT P., KISS G., Building integrated photovoltaic designs for commercial and institutional
structures: a sourcebook for architects, http://www.nrel.gov/docs/fy00osti/25272.pdf, Dostęp:
9.12.2012.
[3] HARLAND A., MACKAY C., VALE B., Phase change materials in architecture, SB10 New Zealand, http://www.branz.co.nz/cms_show_download.php?id=28b30623df64be68dbef2b0fc461241f85f370b3, Dostęp: 30.04.2012.
[4] HUANG M.J., EAMES P.C., NORTON B., Thermal regulation of building-integrated photovoltaics
using phase change materials, Int. J. Heat and Mass Transfer, Vol. 47, 2004, 2715–2733.
[5] JAIN L., SHARMA S.D., Phase change materials for day lighting and glazed insulation in buildings, Journal Of Engineering Science And Technology, Vol. 4, No. 3, 2009, 322–327.
[6] MIKOŚ-RYTEL W., O zrównoważonej architekturze ekologicznej i zarysie jej teorii, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2004.
[7] LA ROCHE P., Carbon-neutral architectural design, CRC Press, Taylor & Francis Group, New York 2012.
J. FIGASZEWSKI 154
THE ENERGY ACTIVATION OF PARTITIONS IN RELATIONSHIP TO THE NEW MATERIALS USE
The external partition of building has always been of protective and isolating function. The proprie-ties of new building materials contribute to energy activation of its individual layers. It means extension of the range of its functions and its enlargement in the processes of energy management in a building. The paper presents different ways of energy activation of the external walls with special regard to the transparent insulation (TIM) and phase change materials (PCM). New materials can be put into the parti-tion composiparti-tion in different configuraparti-tions: individually or together, to enlarge energetic effects.
ROZDZIAŁ XV