Materiały zmiennofazowe dostępne na rynku- właściwości i zastosowanie

ANNA MELCER 1 ; EWA KLUGMANN-RADZIEMSKA, WITOLD LEWANDOWSKI; Wydział Chemiczny, Katedra Aparatury i Maszynoznawstwa Chemicznego, Politechnika Gdańska Materiały zmiennofazowe dostępne na rynku- właściwości i zastosowanie Phase change materials available in the market- -properties and applications W 1990 roku tylko około 12 firm, głównie w USA było zaangażowanych w produkcji materiałów magazynujących ciepło. Moduły wykorzystywane do magazynowania ciepła wykonane były w postaci rurek z polietylenu i piłek poliolefinowych, zawierających takie materiały zmiennofazowe jak chlorek wapnia, dekawodzian siarczanu sodu, parafiny. Tylko moduły stworzone na bazie chlorku wapnia miały gwarantowany czas eksploatacji ok. 10 lat w pozostałych zaś okres ten wynosił od 1 do 2 lat. Obecnie głównymi producentami materiałów zmiennofazowych są: Cristopia (Francja) 1), TEAP Energia (Australia) 2), Rubitherm GmbH (Niemcy) 3), EPS Ltd. (UK) 4-9), PCM Thermal Solutions (USA) 10), Climator (Szwecja) 11) i Mitsubishi (Japonia) 12). Szeroką gamę materiałów zmiennofazowych produkuje firma EPS Ltd. Mitsubishi Chemical Corporation opracował kilka potencjalnych materiałów PCM do magazynowania ciepła, niestety dane dotyczące ich właściwości nie są publikowane. PCM Thermal Solutions oferuje obecnie PCM produkowane przez firmę TEAP i parafiny z Honeywell (właściwości tych parafin nie są znane). Również Merck uruchomił własną produkcję PCM. W artykule przedstawiony został przegląd dostępnych na rynku materiałów zmiennofazowych w różnych zastosowaniach. By 1990, only about 12 companies, mainly in the USA, were engaged in the manufacture of heat storage products. Manufactured heat storage modules in the form of polyethylene tubes and polyolefin balls used calcium chloride hexahydrate, sodium sulphate decahydrate, paraffin etc., as PCMs. Only storage devices built on the basis of CaCl 2. 6H 2 O had a guaranteed service period of 10 years, while for others this period was between 1 and 2 years. At present, the main supply companies in the market of phase change heat and cold storage materials include Cristopia (France), TEAP Energy (Australia), Rubitherm GmbH (Germany), EPS Ltd. (UK), PCM Thermal Solutions, Climator (Sweden) and Mitsubishi Chemical (Japan). A wide range of heat and cold storage materials is produced by EPS Ltd. It can be seen that the cost of these materials is relatively high which makes it difficult to use for solar energy storage. Mitsubishi Chemical Corporation has developed some prospective PCMs for heat storage but data on their properties is not published. PCM Thermal Solutions currently offers the PCM manufactured by TEAP and paraffins from Honeywell. The properties of distributed paraffins are unknown. Merck (Germany) has launched its own development of PCMs 1 ) Autor do korespondencji: Katedra Aparatury i Maszynoznawstwa Chemicznego, Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska, ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk, tel. 0-prefix 58-347-24-74, e-mail: anna.melcer@pg.gda.pl

Jedną z potencjalnych technik magazynowania energii słonecznej jest zastosowanie materiałów zmiennofazowych (PCM). Do głównych obszarów zastosowania magazynowania energii można wymienić: akumulacja ciepła pozyskiwanego w kolektorach słonecznych (i innych źródłach odnawialnych), peak shaving ładowanie magazynów ciepła i chłodu w okresie zmniejszonego zapotrzebowania na energię (zbiorniki CWU, lód, woda lodowa), pobór energii z magazynów w okresie szczytu (cykl dobowy, roczny), akumulacja ciepła w elementach konstrukcyjnych budynków (beton impregnowany parafiną, night ventilation ), przemysł spożywczy procesy technologiczne o krótkotrwałym, znacznym zapotrzebowaniu na energię, transport i przechowywanie produktów spożywczych (zarówno gorących jak i zimnych) oraz substancji medycznych (lekarstwa, krew, organy do przeszczepów), medycyna stabilizacja temperatury stołów operacyjnych, zabiegi terapeutyczne (zimne i ciepłe), stabilizacja temperatury: pomieszczenia serwerowni, central telefonicznych; pojedyncze układy elektryczne i elektroniczne, stacje kosmiczne układy chłodzenia silników spalinowych i elektrycznych, stabilizacja temperatury zespołu akumulatorów w pojazdach elektrycznych, zapewnienie komfortu cieplnego w kabinach pojazdów, Akumulacja ciepła w materiałach zmiennofazowych Do podstawowych parametrów układów do akumulacji ciepła zaliczamy: pojemność cieplna, [J/kg], T 2 1 m ( ) Q = c dt c T T T T 1 p p 2 1 T 2 ( ) ( ) Q = c dt + C + c dt c T T + C + c T T T ps m pl ps m 1 m pl 2 1 T m gdzie: c p ciepło właściwe, kj/(kg K); C m ciepło przemiany fazowej (), kj/kg; T m temperatura przemiany fazowej (); T 1, T 2 zakres temperatury pracy magazynu ciepła; indeksy: s ciało stałe, l - ciecz H T ciało stałe F G c.stale-c. stałe D E B C c. stałe-ciecz ciecz ciecz- gaz gaz A Rys. 1 Schemat rozkładu temperatury substancji podczas jej ogrzewania Figure 1 Schematic of the temperature distribution of the substance during its heating

Pojemność cieplna materiału zależy zarówno od jego ciepła właściwego, jak i wartości ciepła utajonego. Pożądane jest, aby nośnik ciepła miał wysoką pojemność cieplną i wartość ciepła utajonego. Ciepło może być klasyfikowane na podstawie procesu zmiany fazy ciał stałych, cieczy i ciał stałych, ciało stale-gaz i ciecz-gaz. Rysunek 2 przedstawia wzrost energii wewnętrznej, podczas dostarczania energii w postaci ciepła do materiału. Podczas ogrzewania ciała następuje wzrost jego temperatury w miarę dostarczania ciepła (ciepło jawne) lub zmiana fazy (ciepło utajone). Począwszy od początkowego stanu stałego w punkcie A, dostarczenie ciepła do substancji powoduje wzrost temperatury ciała stałego (obszar B), mimo dalszego dostarczania ciepła, temperatura ciała pozostaje stała (obszar B-C) i następuje zmiana fazy krystalicznej poprzez zmianę struktury. W przejściach ciał stałych, materiał ogrzewany przechodzi z jednej postaci krystalicznej w drugą. Ze względu na małą wartość ciepła utajonego materiały te nie są praktycznie stosowane w procesie magazynowania ciepła. Zaletą ich są mniej rygorystyczne wymagania co do pojemnika, przechowującego materiał zmiennofazowy oraz większa elastyczność projektowania 13,14). Większość obiecujących materiałów organicznych takich jak pentaerytrytol (2,2- dihydroksymetylo-1,3-propanodiol), pentagliceryna i nieorganicznych np. siarczan litu i fluorek potasu, wbudowane w ścianę Trombe a, zapewniają większą wydajność niż tradycyjna betonowa ściana Trombe a. Ponownie ogrzanie substancji powoduje wzrost jej temperatury (region C-D), następnie zmianę fazy ciała stałego w ciecz (region D-E). Przemiany ciecz - ciało stałe mają stosunkowo mniejsze ciepło utajone niż ciecz - gaz. Przemiana ta jest najbardziej atrakcyjna pod względem magazynowania ciepła, ponieważ zapewnia wysoką gęstość magazynowania energii oraz zdolność do gromadzenia ciepła w stałej temperaturze odpowiadającej temperaturze przejścia fazowego materiałów (PCM) 15, 16). W wyniku tych przemian następuje mała zmiana objętości rzędu 10% lub mniej. Dalsze ogrzewanie materiału powoduje wzrost temperatury cieczy (region E-F) i zmianę fazy ciekłej w gazową (region F-G) 15). Przemiany ciało stałe-gaz i ciecz-gaz z reguły nie są stosowane do magazynowania ciepła pomimo najwyższej wartości ciepła utajonego, ponieważ następują dość znaczne zmiany objętości Komercyjnie dostępne materiały zmiennofazowe Obecnie na świecie wytwarzaniem materiałów zmiennofazowych jak również produkcją gotowych wyrobów, zajmuje się kilkadziesiąt dużych firm. Do najbardziej znanych należy zaliczyć: Rubitherm, Doerken, BASF (Niemcy), EPS Ltd. (Wielka Brytania), PCM Thermal Solutions (USA), Climator (Szwecja), Cristopia (Francja), Mitsubishi Chemical (Japonia), TEAP Energy (Australia), PCMS (Chiny), PlusPolimer (Indie). Rubitherm GmbH 3) - jest liderem w rozwoju gospodarczym i ekologicznym w zakresie zastosowania materiałów zmiennofazowych dla zastosowań w przemyśle, opiece medycznej i logistyce. Rubitherm GmbH jest głównym dostawcą PCM na świecie do ogrzewania, klimatyzacji, kontrolowania temperatury przewozu wrażliwych towarów, a także do zastosowania w wyrobach leczniczych i medycznych. Firma ta opracowuje i produkuje materiały zmiennofazowe od 2006 roku. Oprócz sprzedaży sprawdzonych materiałów przechowywania i półproduktów firma skupia się nad rozwojem nowych innowacyjnych produktów. W oparciu o wieloletnie doświadczenia w ciągu ostatnich lat opracowała szereg produktów zmiennofazowych o temperaturze dostosowanej do potrzeb klienta, o dostosowanej lepkości, niepalnych i stabilnych w cyklach przechłodzenia-zestalania. Rubitherm GmbH oferuje PCM na bazie włókien, granulatów i proszków. W chwili obecnej firma pracuje nad nowym typem granulatu do bezpośredniego stosowania w zbiornikach wodnych, zwiększając tym samym moc cieplną zbiornika. Jednym ze sztandarowych projektów jest zastosowanie paneli CSM na dachu Palmiarni w Ogrodzie Botanicznym w

Berlinie. Panele wypełnione materiałami zmiennofazowymi PCM pochłaniają energię słoneczną, a następnie zamagazynowane ciepło emitują w nocy. Powoduje to znaczne oszczędności energii. Produkty oferowane przez Rubitherm GmbH Rubitherm GmbH Parafina -RT Związek-PK ST Proszek-PX Granulat GR Rys. 2. Materiały zmiennofazowe Rubitherm GmbH Fig. 2. Phase change materials Rubitherm GmbH Niemiecka firma Rubitherm oferuje materiały zmiennofazowe do magazynowania i uwalniania ciepła utajonego jako surowy materiał zmiennofazowy (parafina-rt i mieszanina hydratów soli i związków organicznych -SP). W tabeli 1 zebrane zostały właściwości termofizyczne wybranych parafin produktów oferowanych przez Rubitherm GmbH. Rys. 2 PCM RT i SP Fig. 2. PCM RT and SP Tabela 1. Właściwości termofizyczne wybranych parafin oferowanych przez Rubitherm GmbH Table 1. Thermo-physical properties of commercially available Rubitherm parrafins RT Ciepło kj/kg Ciepło jawne (ciało stałe ciecz) kj/kgk Przewodnictwo cieplne W/mK Gęstość ciało stałe/ciecz (kg /l) Zalecany zakres temp. Pojemność cieplna kj/ kg Cena PCM ( /Mton) RT 6 ~8 ~140 1.8/2.4 0.2 RT 27 ~28 ~146 1.8/2.4 0.2 RT 41 ~45 ~125 1.8/2.4 0.2 RT 42 ~43 ~150 1.8/24 0.2 0.86(-15 ) / 0.77(15 ) 0.87(15 )/ 0.76(70 ) 0.88(15 )/ 0.76(70 ) 0.88(15 )/ 0.76(70 ) (-3)-+1 2 174 2900-3500 19-35 179 2900-3500 35-50 155 2900-3500 36-51 174 2900-3500 RT 52 ~52 ~138 1.8/2.4 0.2 0.90(15 )/ 40-55 167 2900-3500

RT 54 ~55 ~148 1.8/2.4 0.2 RT 58 ~59 ~154 1.8/2.4 0.2 RT 65 ~64 ~154 1.8/2.4 0.2 RT 80 ~81 ~140 1.8/2.4 0.2 RT 90 ~90 ~163 1.8/2.4 0.2 RT 100 PK 80A6 ~99 ~137 1.8/2.4 0.2 0.76(70 ) 0.90(15 )/ 0.77(70 ) 0.90(15 )/ 0.76(70 ) 0.91(15 ) / 0.79(70 ) 0.92(15 ) / 0.77(100 ) 0.93(15 )/ 0.77(100 ) 0.94(15 )/ 0.77(130 ) 46-61 179 2900-3500 48-62 181 2900-3500 56-71 173 2900-3500 71-86 175 2900-3500 82-97 194 2900-3500 91-106 168 2900-3500 ~81 ~119 2.0 0.2 0.90(20 ) 71-86 149 6000 Rubitherm SP Materiał zmiennofazowy SP składa się z unikalnego połączenia hydratów soli i związków organicznych. Taka kombinacja łączy zalety obu tych klas PCM. Tworzenie mieszanek ciepła utajonego Rubitherm SP prowadzi do nowej i innowacyjnej klasy trudno zapalnych PCM, które mogą być stosowane w chłodzeniu pasywnym i aktywnym, np. wbudowane w elementy ścienne i klimatyzatory. Tabela 2. Właściwości termofizyczne wybranych SP oferowanych przez Rubitherm GmbH Table 2. Thermo-physical properties of commercially SP available by Rubitherm GmbH Produkt krzepnięcia Pojemność cieplna kj/kg Przewodnictwo cieplne W/mK Zmiana objętości % Gęstość (c.stałe-ciecz) kg/l SP 22 A17 22-24 19-21 150 0.6 4 1.49-1.43 SP 25 A8 26 25 180 0.6 1 1.38 Rubitherm PX Produkt ten oferowany jest w postaci proszku. Proszek PCM pozostaje miękki i sypki w każdej temperaturze, dlatego też idealnie nadaje się do zastosowania w przemyśle tekstylnym i produktach medycznych. Dzięki wysokiej zawartości PCM, około 60%, produkt ten oferuje dużą zdolność magazynowania ciepła na stałym poziomie temperatury podczas przemiany fazowej. Ze względu na formę w jakiej występuje produkt ten umożliwia napełnianie pojemników (lub tekstylne pokrycia) wszelkich możliwych geometrii. Tabela 3. Właściwości termofizyczne wybranych PX oferowanych przez Rubitherm GmbH Table 3. Thermo-physical properties selected PX offered by Rubitherm GmbH Produkt Ciepło kj/kg. K Pojemność cieplna kj/kg Przewodnictwo cieplne W/mK Wielkość cząsteczek mikrony Rys. 3 Proszek PX Fig. 3 Powder PX pracy max Gęstość kg/l PX 42 38-43 1.6 114 0.1 250 62 0,694 PX 50 45-51 1.6 110 0.1 250 70 0.694 PX 58 55-59 1.6 117 0.1 250 90 0.694 PX 82 77-85 1.6 116 0.1 250 110 0.694

Rubitherm GR Produkt ten jest granulatem, w którym materiał zmiennofazowy jest zawarty w konstrukcji pomocniczej, w tym przypadku w naturalnych porowatych cząsteczkach mineralnych. Składa się z ziaren SiO 2 o wymiarach od 0,3 do 3 mm, nasyconych parafinami o temperaturze od 38 do 77, pojemność cieplna wynosi ok. 60 kj/kg, przy zmianie temperatury o 15 K). Używany do magazynowania energii cieplnej, materiał topi się i krzepnie, przy czym następuje magazynowanie i uwalnianie ciepła utajonego związanego z procesem przemiany fazowej. Rubitherm GR zapewnia, że PCM, gdy jest w postaci płynnej, nie wycieka z granulatu. Materiał ten ma wyraźną przewagę nad sztywnymi płytami zanurzonymi w PCM i może być używany do wypełniania pojemników wszelkich możliwych geometrii. Postać granulatu zapewnia dużą powierzchnię niezbędną do skutecznego przekazywania ciepła. Obecnie większość aplikacji Rubitherm GR to elektryczne i wodne systemy ogrzewania podłogowego oraz elementy stosowane do magazynowania ciepła utajonego w transporcie żywności oraz dodatek do elementów budowlanych. Mimo, że granulki Rubitherm nie są osłonięte szczelną powłoką, są trwałe, tzn. że materiał PCM po stopieniu nie wypływa z porów. Dodatkową zaletą tej struktury (twardy minerał nasycony PCM) jest praktycznie zerowa rozszerzalność cieplna. Tabela 4. Właściwości termofizyczne wybranych GR oferowanych przez Rubitherm GmbH Table 4. Thermo-physical properties selected GR offered by Rubitherm GmbH Produkt Ciepło kj/kg. K Pojemność cieplna kj/kg Przewodnictwo cieplne W/mK Rys. 4 Granulat GR Fig. 4 Granulate GR pracy max Gęstość kg/dm 3 GR 42 (0.2-0.6) 38-43 1.5 57 0.2 70 0.849 GR 42 (1-3-0.6) 38-43 1.5 57 0.2 70 0.8 GR 50 (0.2-3) 45-51 1.5 55 0.2 70 0.849 GR 82 (0.2-0.6) 77-85 1.5 58 0.2 110 0.8 Rubitherm PK - jest to związek o bardzo wysokiej zawartości PCM, a więc o dużej pojemności cieplnej, co sprawia, że materiał ten jest cenny przypadku magazynowania ciepła utajonego. Obecnie produkt znajduje się wciąż w fazie rozwoju i nie jest dostępny na rynku. PCM związany jest w usieciowaną strukturę, dzięki czemu nie wycieka z konstrukcji nośnej, nawet jeśli będzie w stanie ciekłym lub w przypadku uszkodzeń fizycznych. Materiał ten w stanie ciekłym jest elastyczny i koloru białego. W momencie ogrzewania PCM zaczyna się topić i staje się przejrzysty oraz bardziej elastyczny. Może mieć zastosowanie w przemyśle tekstylnym, w transporcie medycznym, w transporcie żywności. Rys.5 Związek PK Fig. 5 Compound PK Tabela 5. Cechy charakterystyczne produktów Rubitherm GmbH 3) Table 5. The characteristic of products Rubitherm GmbH 3) Produkt RT Cechy charakterystyczne 1. duża pojemność cieplna magazynowanej energii 2. magazynowanie i uwalnianie ciepła odbywa się w stałej temperaturze 3. nietoksyczne, 4. ekologiczno nieszkodliwe 5. produkt o przedłużonej trwałości

6. duża stabilność w wielu cyklach przechłodzenia-zestalania 7. łatwe w użyciu 8. duży zakres temperatury między ok. -3 i 100 ST PX GR PK 1. stabilne w wielu cyklach -zestalania 2. wysoka pojemność cieplna 3. brak przechłodzeń 4. mało palne 5. nietoksyczne 6. temperatura od 21 i 29 1. duża pojemność cieplna, 2. magazynowanie i uwalnianie ciepła odbywa się w stałych temperaturach, 3. nie występuję zwiększenie się objętości podczas zmian fazy, 4. nietoksyczne (nie ma szkodliwego wpływu na rośliny i zwierzęta), 5. degradowalne w 100%, 6. stabilne w wielu cyklach -zestalania, 7. temperatura od -3 i 80, 8. długa żywotność, 9. nie powodują korozji pojemników metalowych, 10. obojętne chemicznie. 1. duża pojemność cieplna, 2. magazynowanie i uwalnianie ciepła odbywa się w stosunkowo stałej temperaturze, 3. nie występują zmiany objętości podczas przemiany fazowej, co eliminuje problem z projektowaniem zbiornika, 4. ekologiczno: nieszkodliwe, nietoksyczne, 5. w 100% degradowalne, 6. produkt o przedłużonej żywotności, 7. duża stabilność w wielu cyklach -zestalania, 8. zakres temperatur między -3 i 100, 9. różne rozmiary cząsteczek 1. duża pojemność cieplna, 2. magazynowanie i uwalnianie ciepła odbywa się w stosunkowo stałej temperaturze, 3. niewielkie zmiany objętości podczas przemiany fazowej, 4. bardzo elastyczne, szczególnie w stanie ciekłym, 5. ekologiczne: nieszkodliwe, nietoksyczne, 6. w 100% degradowalne, 7. produkt o przedłużonej żywotności, 8. zakres temperatury : do 40. Zastosowanie produktów Rubitherm GmbH 3) Jednym z wielu możliwych zastosowań PCM firmy Rubitherm GmbH są artykuły medyczne stosowane w terapii takie jak: gorące poduszki, rolki, taśmy. Produkty te zapewniają przyjemne ciepło przez dłuższy okres czasu. Ładowanie takich produktów jest łatwe i można przeprowadzać przez kilka minut w kuchence mikrofalowej lub za pomocą piekarnika. Zmagazynowane w ten sposób w elemencie medycznym ciepło jest stopniowo uwalniane przy stosunkowo stałym poziomie temperatury w ciągu 1 do 2 godzin w zależności od temperatury otoczenia. Jako materiał PCM stosowane są proszki, które pozostają miękkie i sypkie w każdej temperaturze, co pozwala na komfortowe dopasowanie kształtu artykułu medycznego do ciała. Innym ciekawym wykorzystaniem PCM firmy Rubitherm GmbH jest metoda utrzymania temperatury żywności od momentu przygotowania posiłku do czasu dostawy do klienta. Utrzymywanie określonej temperatury gorącego posiłku jest szczególnie ważne z

punktu widzenia systemu HACCP. Jest to system, który identyfikuje, oszacowuje i kontroluje wszystkie zagrożenia bezpieczeństwa żywności. Europejska Analiza Zagrożeń i Krytycznych Punktów Kontroli nakazuje aby minimalna temperatura gorących potraw wynosiła 65 0 C. Spełnienie tego wymogu przez przemysł zajmujący się dostawą żywności często jest niemożliwe w szczególności, gdy transport jest opóźniony lub temperatura na zewnątrz jest bardzo niska, bądź, gdy izolowane pudło, w którym przechowywana jest żywność jest wielokrotnie otwierane. Rubitherm oferuje elementy, będące dodatkowym źródłem ciepła, stosowane w izolacji skrzynek transportowych i toreb używanych do transportu gorących posiłków. Włączone w rożne elementy np. aluminium lub profile z tworzyw sztucznych granulat GR 80 lub włókna Rubitherm FB 80 zdecydowanie poprawiają utrzymanie temperatury na stałym poziomie (rys. 6 i 7). Rys. 6 Pudło do transportu żywności, zawierające elementy z PCM Fig. 6 Box for transporting ford, containing elements of PCM Rys. 7 Granulat 80 wbudowany w aluminium Fig 7. Granulate 80 built in aluminium Zalety stosowanej technologii do utrzymywania temperatury gorących posiłków: duża pojemność cieplna na stosunkowo stałym poziomie temperatury, zapewnia długie okresy przechowywania w stałej temperaturze, łatwa obsługa: gorące elementy są umieszczone w izolowanym pudle lub w torbie tuż przed umieszczeniem tam posiłku, powolne uwalnianie zgromadzonej energii cieplnej do jedzenia - bez przegrzania; PCM w odpowiednich materiałach (aluminium lub profilach z tworzyw sztucznych) oznacza, że wymogi ochrony zdrowia są łatwe do spełnienia, elementy mogą być czyszczone w sposób higieniczny, przedłużona trwałość produktu, pod warunkiem właściwego użytkowania różne kształty, możliwe jest również stosowanie elektryczne ogrzewanie. Materiały zmiennofazowe oferowane przez firmę Rubitherm są stale włączane do nowych zastosowań. W maju 2001 roku, niemiecka firma, delta T Gesellschaft für Medizintechnik GmbH, rozpoczęła swoją innowacyjną technikę transportu krwi "Blood In Motion". Przechowywanie krwi wymagało bardzo skomplikowanych i tym samym drogich systemów w celu utrzymania krwi w określonym zakresie temperatur. Technika transportu krwi zaproponowana przez niemiecką firmę jest szczególnie ważna w okresie letnim, kiedy to krwi szpitale potrzebują najwięcej i często wymagane jest sprowadzenie krwi z banków krwi w celu pokrycia zapotrzebowania. Każdorazowe zamrażanie bądź podgrzewanie krwi powoduje, że próbka staje się bezużyteczna. Ważnym elementem nowego systemu transportu krwi jest unikalny akumulator ciepła utajonego, który zawiera PCM, specjalnie dostosowany do tego konkretnego celu. Woreczki do transportu krwi formuje się w postaci kanapki wewnątrz, której miedzy dwoma akumulatorami chłodzącymi znajduje się krew. System ten pozwala na utrzymanie temperatury krwi od 2 do 10 przez minimum 12 godzin w temperaturze otoczenia 35 (rys. 8).

Rys. 8 Woreczki niemieckiej firmy delta T Gesell schaft für Medizin technik do transportu krwi Fig. 8 Bags of the German company delta T Gesell schaft für Medizin technik to transport blood Kolejną technologią proponowaną przez niemiecką firmę do akumulowania ciepła są moduły CSM. Moduły CSM są to panele wykonane z aluminium, pokryte powłoką przeciwodblaskową i wypełnione zarówno Rubitherm SP jak i RT, co zapewnia maksymalną elastyczność (rys.6). Panele można montować na dachu - wówczas energia promienia słonecznego, padającego na dach jest magazynowana przez materiał, znajdujący się wewnątrz aluminium, a następnie w postaci ciepła jest oddawana w ciągu nocy. Rys. 9 Moduł CSM Fig. 9 Module of CSM Tabela 6. Właściwości termofizyczne paneli CSM Table 6. Thermo-physical properties of the CSM panels CSM Panel/całkowita grubość Waga z SP kg Wartość energii zmagazynowanej SP Wh Waga z RT kg Wartość energii zmagazynowanej RT Wh Wartość energii zmagazynowanej RT HC Wh CSM 5/5-10 mm 1.4 40 0.9 24 35 CSM 10/0-10 mm 1.5 45 1.0 27 39 CSM 10/5-15 mm 2.3 80 1.5 49 70 CSM 10/10-20 mm 3.3 121 2.0 73 105 Podstawowe zalety panelu CSM: duża dostępność wymiarów i grubości od 5 do 27 mm, panele mogą być wypełnione przez wszystkie sprawdzone PCM RT i SP, szeroki zakres wartości temperatury od -10 do 86 C w zależności od przeznaczenia i wymagań, stabilna i wytrzymała obudowa, odporna na ciężkie warunki: spadek z 3 metrów nie powoduje uszkodzenia elementu, szczelność, antykorozyjna powłoka wewnątrz i na zewnątrz sprawia, że nadaje się nawet do takiego nośnika ciepła jak woda morska, niepalność, elastyczna konstrukcja powierzchni, kolorystyka na życzenie klienta, łatwe i szybkie czyszczenie gładkiej powierzchni metalu, idealne do zastosowań HVAC. Cristopia (Francja) 1) Firma koncentruje się na rozwoju materiałów magazynujących chłód. Zastosowanie wody w systemach akumulujących ciepło utajone w chłodnictwie i klimatyzacji stwarza poważny problem techniczny związany ze wzrostem objętości właściwej tej substancji przy zamarzaniu, który powoduje duże naprężenia w konstrukcjach samych zasobników ciepła.

Niewątpliwie przełomem w tym względzie było wdrożenie na początku lat osiemdziesiątych XX wieku przez francuską firmę CRISTOPIA Energy Systems technologii akumulacji ciepła utajonego w zamkniętych powłokach sferycznych, STL. System oparty na technologii STL przedstawiony na rysunku 10, składa się z trzech zasadniczych elementów składowych: materiału akumulującego energię wypełniającego zbiornik zasobnik ST; agregatu ziębniczego, przystosowanego do współpracy z systemem STL; układu regulacji i sterowania optymalizującego pracę systemu. Rys. 10. Schemat systemu akumulacji STL Fig. 10 Schematics of the STL accumulation Około 60% objętości zbiornika jest zajęte przez kule akumulujące ciepło, a pozostałe 40% zbiornika zajmuje nośnik np. glikol etylenowy, chlorek wapnia, glikol propylenowy. Materiał akumulacyjny stanowią kule z powłoką wykonaną z tworzywa sztucznego, wypełnionego w znacznej części substancją typu PCM, która zmienia swój stan skupienia w zależności od temperatury płynu pośredniczącego w wymianie ciepła. Płyn ten najczęściej (jest to wodny roztwór glikolu) przepływając w przestrzeni pomiędzy kulami wymienia ciepło z substancją PCM (rys. 11). Jeżeli jego temperatura jest niższa od temperatury zmiany stanu skupienia wtedy mówimy o procesie ładowania zasobnika chłodu, zaś w przypadku wyższej temperatury następuje przekazywanie energii chłodniczej zgromadzonej w zasobniku do systemu klimatyzacji (proces rozładowania ). Mechaniczny i chemiczny charakter powłoki kulki (wykonanej z poliolefinów) jest dobrze przystosowany do warunków spotykanych w systemach klimatyzacyjnych i chłodniczych. Ilość zmagazynowanej energii dla każdego typu STL jest proporcjonalna do objętości zbiornika napełnionego w całości kulkami. CRISTOPIA Energy Systems oferuje materiały o temperaturze zmiany fazy w zakresie od 33 do +27, co daje duże możliwości optymalizacji systemu już na etapie projektowania Rys. 11. Sferyczna kula z materiałem akumulującym ciepło oferowanym przez Cristopia Fig. 11. Spherical nodule filled of PCM developed by Cristopia

Mechaniczne i chemiczne właściwości powłoki kul w pełni dostosowane są do warunków życia kul. Cristopia Energy Systems oferuje materiały zmiennofazowe zamknięte w kulki z poliolefin w trzech rozmiarach: 77, 78 i 98 mm. Czas przemian fazowych takich kapsułek trwa około 10.000 cykli, co odpowiada około 20 lat użytkowania takich materiałów. Wypełnione materiałem zmiennofazowym kule są zabezpieczone przez zgrzewarki ultradźwiękowe, aby zapewnić doskonałą izolację wodoszczelną. Tabela 7. Właściwości termofizyczne kul akumulujących energię Tabel.7. Thermo-physical properties spherical nudle Typ kuli SN.33 SN.29 SN.26 SN.21 SN.18 AN.15 AN.12 AN.10 AN.06 AN.03 AC.00 AC.27 Zmiana temp. materiału -33-28.9-26.2-21.3-18.3-15.4-11.7-10.4-5.5-2.6 0 +27 Ciepło utajone kwh 44.6 39.3 47.6 39.4 47.5 46.4 47.7 49.9 44.6 48.3 48.4 44.5 Ciepło jawne kwh/ Przewodnictwo cieplne kw/ c. stałe ciecz krystalizacji 0.7 1.08 1.6 2.2 0.8 1.15 1.6 2.2 0.85 1.2 1.6 2.2 0.7 1.09 1.6 2.2 0.9 1.24 1.6 2.2 0.7 0.75 0.7 0.75 0.8 0.7 0.86 1.12 1.09 1.07 1.1 1.2 1.1 1.04 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.85 1.85 1.85 1.85 1.85 1.85 1.85 Waga kg 724 681 704 653 706 602 620 617 625 592 560 867 Max temp. pracy -40 do+60-25 do+60 Zastosowanie systemu STL W systemach wytwarzania chłodu pracujących cyklicznie i napędzanych energią elektryczną, atrakcyjność zastosowania akumulacji dobowej zdecydowanie rośnie, gdy występują dwie taryfy opłat za energię elektryczną: nocna (tania) i dzienna (droga). Dodatkowo atrakcyjność systemów akumulacji typu STL zwiększają wysokie koszty zakupu agregatów ziębniczych, zależne od ich mocy nominalnej. Poniżej wymieniono kilka typowych zastosowań dla systemów magazynowania energii chłodniczej. Klimatyzacja: budynki biurowe, szpitale, banki, obiekty sportowe, muzea, studio nagrań, teatry, kina, domy towarowe, supermarkety, lotniska. Chłodnictwo: przemysł mleczarski, ubojnie, chłodnie, napełnianie butelek, przemysł farmaceutyczny, hipermarkety, browary, lodowiska, przetwórstwo mięsa. Zabezpieczenie mocy chłodniczej: serwerownie, pomieszczenia czyste, sale operacyjne, telekomunikacja, chłodnie, studia telewizyjne. Environmental Process Systems Ltd (EPS Ltd UK) 4-9) EPS Ltd. jest brytyjską firmą aktywnie zaangażowaną w wielu aspektach HVACR (wentylacja, klimatyzacja, chłodnictwo). Firma zaangażowana jest w dostarczaniu rozwiązań i usprawnień istniejących technologii chłodzenia. Oprócz technicznej wiedzy fachowej, firma oferuje (pod marką PlusICE), materiały zmiennofazowe obejmujące szeroki zakres zastosowań od -100 do +885. Zakres PlusICE jest podzielony na: eutektyki, roztwory soli w wodzie o temperaturze przemiany fazowej poniżej 0 (+32 o F), materiały organiczne (olej kokosowy, woski, kwasy tłuszczowe) o temperaturze przemiany fazowej powyżej 0 (+32 o F).

Dla większości zastosowań, rozwiązań PCM muszą być zamknięte w szczelnych pojemnikach. W tym celu, firma opracowała wiele różnych standardowych kontenerów. PlusICE FatICE TubeICE BallICE Torebki eutektyczne Rys. 12. Produkty PlusICE Fig. 12. Products PlusICE Marka PlusICE oferuje kontenery FlatICE. Pojemniki te zbudowane są z rozdmuchiwanego HDPE i wypełnione materiałem zmiennofazowym (PCM) o dodatniej lub ujemnej temperaturze w zależności od zastosowania (ogrzewnictwo, chłodnictwo) rys. 13. Każde opakowanie zawiera około 3 litrów PCM. Konstrukcja nośna kontenera zawiera okręgi wewnętrzne oraz zewnętrzne, co pozwala na układanie pojemników jeden na drugim, tworząc samoskładający się wymiennik ciepła. Ze względu na ich kształt mogą być ułożone na sobie nawzajem, osiągając tym samym dużą objętość. Generalnie kontenery FlatICE są umieszczone w zbiornikach wbudowanych poniżej poziomu ziemi. Rys. 13 Kontener FlatICE Fig. 13 Contener FlatICE Tabela 8. Właściwości FlatICE Table 8. Properties of FlatICE Produkt Wartość energii zmagazynowanej kwh Pojemność cieplna kwh/m 3 Masa kontenera kg S46 46 0.318 64 6.03 S32 32 0.287 57 5.55 S30 30 0.227 86 4.96 S27 27 0.310 62 5.81 S25 25 0.248 50 5.76 S23 23 0.234 48 5.78 S21 21 0.230 47 5.78 S19 19 0.230 46 5.77 S17 17 0.224 46 5.80 S15 15 0.224 45 5.74 S13 13 0.220 45 5.76 S10 10 0.220 44 5.59 S8 8 0.219 44 5.51

TubeICE Pojemniki te działają na podobnej zasadzie co pojemniki FlatICE i są dostarczane jako w pełni szczelne rury HDPE, wypełnione materiałem zmiennofazowym. Pojemniki mogą pracować w zakresie temperatur od -40 do +117. Rurowa konstrukcja pojemnika pozwala na ułożenie pojemników w zbiornikach zarówno prostokątnych jak i cylindrycznych z minimalną przestrzenią pustą miedzy rurami. W przestrzeni miedzy rurami może przechodzić woda lub powietrze umożliwiając tym samym właściwą wymianę ciepła (rys. 14). TubeICE mogą mieć dowolny kształt lub formę. Objętość zbiornika oblicza się na podstawie Rys. 14 TubeICE Fig. 14 TubeICE wymaganych zdolności TES i następnie projektowany jest pojemnik. Zbiorniki mogą pracować pod ciśnieniem atmosferycznym lub pod ciśnieniem do 10 bar. Zbiorniki mogą być wykonane z tworzywa sztucznego, stali lub betonu i mogą być instalowane zarówno w, pod, jak i na ziemi. BallICE Koncepcja jest idealna do magazynowania ciepła z energii słonecznej, ciepłej wody, ze zbiorników grzewczych. Materiał zmiennofazowy organiczny wypełnia piłeczki wykonane z tworzywa sztucznego, gumy oraz stali nierdzewnej. Produkt BallICE może być produkowany w dowolnej średnicy, przy czym optymalna wielkość to 40 mm. Piłki mogą być stosowane zarówno do nowych jak i modernizowanych zbiorników. EPS Ltd. wykorzystuje w swojej produkcji również kule ze stali nierdzewnej o średnicy 100 mm, grubość stali 3 mm. 1m 3 zbiornika wypełnia około tysiąc kulek o średnicy 10 mm (rys. 15). Tabela 9. Właściwości termoficzyne nieorganicznych materiałów BallICE Table 9. Thermo-physical properties inorganics material BallICE Produkt Wartość energii zmagazynowanej kwh Pojemność cieplna kwh/m 3 Pojemność tona/h A82 82 0.0199 20.09 0.0036 A70 70 0.02709 27.22 0.0039 A62 62 0.0255 25.56 0.0046 A58 58 0.0265 24.92 0.0045 A32 32 0.0223 26.57 0.0048 Tabela 10. Właściwości termoficzyne organicznych materiałów BallICE Table 10. Thermo-physical properties organics material BallICE Produkt Ciepło Rys. 15 BallICE (HDPE i stal nierdzewna) Fig. 15 BallICE (HDPE and stainless steel) Ciepło jawne kj/kgk Przewodni -ctwo cieplne W/mK Gęstość kg/m 3 Zmiana objętości % Wartość energii kj/ball Pojemność cieplna kwh/m 3 E21 21 150 0. 68 0.43 1.48 8-9 116 32.4

E23 23 155 0.69 0.43 1.475 8-9 119 33.3 E28 28 193 2.22 0.21 0.769 8-9 101 28.2 E30 30 201 0.69 0.48 1.304 8-9 137 38.3 E32 32 186 0.78 0.51 1.460 8-9 142 39.8 E44 44 105 1.61 0.43 1.584 8-9 87 24.3 E48 48 201 0.70 0.45 1.670 8-9 176 49.1 E50 50 104 1.59 0.43 1.601 8-9 87 24.4 E58 58 167 2.55 0.69 1.505 8-9 151 36.7 E71 71 123 1.86 0.51 1.690 8-9 109 30.4 E72 72 140 2.13 0.58 1.666 8-9 122 34.0 E83 83 152 2.31 0.62 1.600 8-9 127 35.5 E89 89 163 2.48 0.67 1.550 8-9 132 37.0 E117 117 169 2.61 0.70 1.450 8-9 128 35.8 Torebki eutektyczne Producent dostarcza PCM (eutektyki) w elastycznych metalowych lub niemetalowych torebkach w różnych rozmiarach (rys.8). Torebki można umieścić w izolowanych pojemnikach, w których umieszczone są leki, gotowane i surowe pożywienie, materiały medyczne. Mogą być używane do ogrzewania i chłodzenia w przemyśle lotniczym, morskim, samochodowym. Torebki są wielokrotnego użycia, nietoksyczne, wytrzymałe, ekologiczne, produkowane są również w formie koców w zwojach, które mogą być cięte na odpowiednie długości, w zależności od wymagań klienta. Climator (Szwecja) 11) Climator rozwija, produkuje i sprzedaje produkty ClimSel, które przechowują i uwalniają w sposób kontrolowany zmagazynowaną energię. Materiałem zmiennofazowym jest uwodniona sól oraz inne dodatki: siarczan sodu ( C7, C21-22, C24, C32), octan sodu (C48, C58), fosforan sodu (C70), azotan sodu (C18) i inne. Tabela 11. Właściwości termofizyczne produktów firmy Climator Table 11. Thermo-physical properties of commercially available by Climator Rys. 16 Torebki ClimSel Fig. 16 Pouches ClimSel Produkt Ciepło Max Pojemność Ciężar przemiany Przewodnictwo temp. cieplna właściwy fazowej Wh/kg cieplne W/mK C Wh/kg kg/dm 3 C C7 7 39 60 54 1.42 C21-22 21-22 40 60 60 1.45 C24 24 40 60 60 0.5-0.7 1.48 C28 28 45 60 65 1.45 C32 32 45 60 65 1.45 C48 48 63 70 93 1.36 C58 58 80 75 105 1.46 C70 70 78 85 104 0.6-0.7 1.7 C18-18 85 40 100 0.5-0.7 1.3

Zastosowanie produktów ClimSel do produkcji odzieży ochronnej strażaków, ubranie wykonane z ClimSel C28, C32 pochłania ciepło, wydłużając tym samym dopuszczalny czas walki strażaka z ogniem, do ochrony przeciwpożarowej- ClimSel C 32, C48, C 58, C70; do utrzymania komfortu pomieszczeń biurowych, budynków mieszkalnych ClimSel C22, C24. Stosowane w celu chłodzenia pomieszczeń klimatyzatory są dość kosztowne i nie ekologicznie. Do rozwiązania tego problemu można stosować system cooldeck składający się pojemników z ClimSel, które pochłaniają energię cieplną z pomieszczenia, tym samym chłodząc. Przez wiele lat osoby odwiedzające bibliotekę w Skovde w Szwecji, skarżyły się na wysokie temperatury w budynku w okresie letnim. W czerwcu 2003 roku zainstalowano system ClimSel C24, który przechowuje ciepło z dnia, a następnie emituje na zewnątrz w nocy. Nowy system chłodzenia zainstalowany został w celu uzyskania bardziej komfortowej temperatury budynku w okresie letnim, szczególnie w pomieszczeniach pracy komputerów, gdzie temperatura latem często przekracza 30. W celu uzyskania ciepła w nocy Climator zainstalował 4 wentylatory w istniejących oknach, które uruchamiane były w nocy. Cooldeck może być zainstalowany także suficie podwieszanym, w podłodze. W celu zainstalowania tego systemu nie ma konieczności usuwania istniejących sufitów podwieszanych. Ten sposób zastosowano również w systemie chłodzącym w domu w Dansehill używając ClimSel C22; do transportu materiałów w określonym zakresie wartości temperatury. Regulowanie temperatury, pojazdów wykorzystywanych do transportu materiałów wrażliwych na temperaturę jest dość kosztowne, rozwiązaniem tego problemu jest stosowanie materiału ClimSel C18 (stabilizacja temperatury transportu od -22 do -12 ); ClimSel C24; do ochrony przeciwpożarowej czarnych skrzynek na statkach, samolotach ClimSel C58, 70; do magazynowania ciepła- ClimSel C58, 70 ; utrzymania temperatury urządzeń telekomunikacyjnych poniżej 35 ClimSel C32. TEAP Energy (Australia) 2) Do materiałów zmiennofazowych stosowanych przez TEAP Energy zaliczamy: chlorki: amonu, potasu, magnezu, octan sodu, dioctan sodu, trisulfonian sodu, alkohol benzylowy, kwas borowy, boran sodu, wodorotlenek wapnia, tlenek wapnia, siarczan wapnia, siarczan magnezu, siarczan manganu, wodorowęglan sodu. Ze względu na zmiany fazy w procesie eksploatacji, PCM są zwykle zamknięte w różnych pojemnikach. Sposób aplikowania materiału zmiennofazowego firma dostosowuje do potrzeb klienta. Materiały zmiennofazowe oferowane przez TEAP Energy mogą być aplikowane w postaci (rys. 17): torebek wykonanych z polimeru aluminiowego o rozmiarach 16 mm 160 mm, 1000 200 mm lub 20 850 wypełnionego PCM o temp. -31, -21, -16, -10, - 4, 29, 58, 89 ; butelek aluminiowych, PET, HDPE; rur aluminiowych, miedzianych o różnej długości i średnicach wypełnionych PCM o temp. -30, -21, -16, -10, -4, 29, 58, 89 ) ; kul: z HDPE, stali nierdzewnej, aluminium, typowe pojemniki kuliste z tworzyw sztucznych mają średnicę około 75 mm. Każda kapsułka zawiera około 180 ml uwodnionej soli (PCM o temp. -30. -21, -16, - 10, -4, 29, 58 i 89 ); grubość plastikowej kuli wynosi 1,2mm; 1m 3 zawiera 2549 kulek; paneli z polipropylenu.

TEAP Energy Butelki aluminiowe Panel Rura aluminiowa HDPE i kula aluminiowa Rys. 17 Produkty TEAP Energy Fig. 17 Products of TEAP Energy Jednym z zastosowań TEAP Energy są kontenery do transportu żywności, żywych kultur, narządów ludzkich, leków. Kontener składa się z czterech wsuwanych pojemników wypełnionych PCM (rys. 18). Rys. 18 Pojemniki do transportu żywności, organów ludzkich Fig. 18 Containers to transport food, human organs Innym obszarem zastosowania PCM TEAP Energy jest system chłodzenia, znajdujący się w żaluzjach, meblach, stołach, szafach. System ten pozwala na pochłanianie energii wytworzonej w wyniku działalności człowieka oraz przez sprzęt komputerowy. Tabela 12. Właściwości termofizyczne produktów serii T TEAP Energy Table 12 Thermophysical properties of the T-series products Teape Energy Produkt 29T 25T 20T 18T Opis lepkie pół-stałe w pobliżu punktu przemiany fazowej. Wygląd bezbarwne Materiał bazowy nieorganiczna przemiany 28-30 24-26 19-20 17-19 fazowej przechłodzenia 2 max. 2 max. 2 max. 2 max. Ciężar 1.48-1.50 1.48-1.50 1.48-1.50 1.48-1.50 Ciepło 175 J/g 175 J/g 175 J/g 175 J/ g praktyczne Ciepło 188 J/g 188 J/g 188 J/g 188 J/g teoretyczne Ciepło właściwe 2 J/g 2 J/ g 2 J/g 2 J/g Przewodnictwo cieplne 1W/m C 1W/m C 1W/m C 1W/m C Palność Nie Nie Nie Nie Toksyczność Nie Nie Nie Nie Stabilność termiczna > 10000 > 10000 > 10000 > 10000 Max. 100 100 100 100

Seria produktów T jest najnowszą technologią PCM, generacji X. Produkty nie ulegają degradacji z upływem czasu, mogą być stosowane w grubszych warstwach > 25 mm. Tabela 13. Właściwości termofizyczne produktów serii TH TEAP Energy Table 13 Thermophysical properties of the TH-series products Teape Energy Produkt Typ Temp Ciepło Przewodnictwo kj/kg cieplne W/mK TH 31 Hydrat soli TH21-21 17) 222 - -31 16) 131 - TH16-16 17) 289 - TH10 sól -10 17) 283 - TH4-4 17) 386 - TH24 24 18) 45,5 0.8 TH29 29 19-21) 188 1.09 Hydrat soli TH58 58 19,20-21) 226 - TH89 89 16, 21) 149 - Tabela 14. Właściwości termofizyczne produktów serii TH TEAP Energy Table 14 Thermophysical properties of the TH-series products Teape Energy Produkt Ciepło jawne (ciało stałeciecz) Wh/l Przewodnic two cieplne W/mK Zmiana objętości % Zdolność magazyno wania ciepła kj/kula Zdolność magazyno wania ciepła kwh/m 3 TH24 2.7 / 2.2 0.8 8 ~45.5 ~32.2 TH 29 0.67 / 0.99 1.09 (23 ) 0.54 (38.7 ) 8-9 ~51.2 ~36.2 TH58 1.12 / 1.63 9-10 ~52.3 ~37.0 TH89 0.84/1.29 0.69 (110 O C) 0.60(140 O C) 8-9 ~41.2 ~29.2 Cena produktu luzem z wysyłką AUD/kg 10.90 Cena produktu zamkniętego w kulę AUD/kg 9.10 5.95 10.95 6.45 10.00 - - Tabela 15. Właściwości termofizyczne produktów serii S TEAP Energy Table 15 Thermophysical properties of the S-series products Teape Energy Produkt 32S 34 S 36S 48S Opis Lepkie pół-stałe w pobliżu przemiany fazowej. Wygląd Kremowy lub szary Materiał bazowy Nieorganiczna przemiany 31-32 33-34 36 48 Przechłodzenie po Małe małe Małe Małe 1000 cyklach Ciężar 1.45 1.45 1.45 1.45 Ciepło 230 J/g 250 J/g 260 J/g 260 J/g teoretyczne Ciepło w > 200 J/g > 220 J/ g > 230 J/g > 230 J/g praktyczne Przewodnictwo 0.6 W /m 0.6 W /m 0.6W /m C 0.6W /m cieplne Palność Nie Nie Nie Nie Toksyczność Nie Nie Nie Nie Stabilność > 10000 > 10000 > 10000 > 10000

termiczna Max. 100 100 100 100 PCM THERMAL SOLUTION (USA) 10) PCM Thermal Solutions oferuje obecnie PCM produkowane przez firmę TEAP i parafiny Honeywell. Jednym z produktów oferowanych przez tą firmę jest U-tek z materiałem zmiennofazowym, stosowanym jako czynnik chłodzący. U-tek jest torebką wykonaną z polietylenu o metalizowanej powierzchni zewnętrznej. Opakowanie jest trwałe, odporne na przebicia w związku z czym nie ma możliwości przeciekania materiału na zewnątrz. U-teki są czystymi materiałami alternatywnymi do lodu. Zastępując lód, U-tek eliminuje problem pojawienia się wody, ponieważ po rozmrożeniu powraca do postaci żelowej. Każde opakowanie może być wielokrotnie używane- są one nieszkodliwe i nietoksyczne. Tabela 15. Właściwości termofizyczne produktów serii U-tek Table 15. Thermophysical properties of a series of U-tek Produkt Temperatura Ciepło utajone kj/kg TEA 4-4 TEA 10-10 130-300 TEA 16-16 TEA 21-21 TEA 31-31 Innym produktem oferowanym przez firmę PCM Solution są kapsułki pod nazwą TEAP Energy TEA 29 (rys.19). Rys. 19 Kapsułki TEAP Energy TEA 29 Fig. 19 Capsules TEAP Energy TEA 29 Kapsułki TEAP Energy TEA 29 pozwalają na magazynowanie znacznej ilości energii cieplnej, jednocześnie zapewniając bardziej równomierne uwalnianie zakumulowanego ciepła, niż jest to możliwe w innych metodach aplikacji. TEAP Energy TEA 29 (PCM) składa się z nieorganicznych soli uwodnionych. TEAP Energy TEA 29 o temperaturze ok. 29, czyni go idealnym materiałem zmiennofazowym dla wielu systemów grzewczych. Oferuje najlepsze właściwości w odniesieniu do wielu parametrów: pochłania dużo energii w zakresie wartości temperatury od 26-32, jeden litr tego materiału jest wstanie zmagazynować tyle samo energii co 12 litrów wody, stabilne chemicznie i termicznie, nietoksyczne i niepalne. Mitsubishi Chemical 12) Firma Mistubishi zajmuje się produkcją płyt laminowanych, z których produkuje się panele sufitowe. Płyty te wykonane są z dwóch warstw wełny mineralnej, miedzy którymi znajduje się do 80% wagowych PCM (mikrokapsułki z parafiną C 16 -C 20 ). Jednostkowa pojemność cieplna wynosi 690 kj/m 2. Podobne płyty elastyczne oferuje firma DuPont, zawierają one 60% wagowych PCM o temperaturze 22.

Tabela 16.Właściwości termofizyczne PCM oferowanych przez Mitsubishi Chemical Table 16. Thermo-physical properties of PCM offered by Mitsubishi Chemical Produkt Typ Temp Ciepło Przewodnictwo kj/kg cieplne W/mK STL21-21 16) 240 - STL16-16 16) - - STLN10 sól -11 16) 271 - STL6-6 16) 284 - SLT3-3 16) 328 - STL27 27 19-21) 221 1.34 STL47 47 19,20) 188 1.09 hydraty soli STL52 52 19,20) 201 1.30 STL55 55 19,20) 242 1.29 Dorken (Niemcy) 17) Firma Dorken z Niemiec zajmuje się dystrybucją materiałów zmiennofazowych dwóch produktów pod nazwą Delta -COOL 24 oraz Delta -COOL 28. DELTA PCM to innowacyjny system o dużej pojemności cieplnej, który zapewnia magazynowanie energii. Delta -COOL 24 może występować w róznych formach enkapsulacji (rys. 20) Delta -COOL 24 Etui stosowane w systemach pasywnych, do kontroli temperatury, optymalny transfer ciepła, elastyczne wydajne, Rys. 13 DELTA COOL 24 Fig. 13 DELTA COOL 24 Panele stosowane w pasywny systemie chłodzenia, stabilne wymiarowo, dostępne również w wersji przezroczystej; Kapsułki zastosowanie w systemach ogrzewania podłogowego Kule do magazynowania ciepła w aktywnych systemach ciepła, klimatyzacji pomieszczeń DELTA COOL 24 pozwala zaoszczędzić energię, zwiększa komfort pomieszczeń. W temperaturze otoczenia około 22 DELTA COOL 24 zaczyna zmieniać stan skupienia ze stałego w ciekły. Ta zmiana fazy wymaga znacznych ilości energii (24 44 Wh/kg). Energia jest pobierana z otaczającego powietrza i jest przechowywana w PCM, bez zmiany jego temperatury (ciepło utajone). Temperatura otoczenia stabilizuje się do około 25, dzięki biernej klimatyzacji w pomieszczeniu. Kiedy temperatura w pomieszczeniu spadnie poniżej 22 zaczyna się proces krystalizacji DELTA COOL 24, a wcześniej zmagazynowana energia zostaje wyemitowana ponownie do otaczającego powietrza. Po tym

procesie DELTA COOL 24 jest całkowicie rozładowany i może ponownie przechowywać dużą ilość ciepła. DELTA COOL 24 to produkt wysokiej jakości, który zapewnia doskonałą wydajność chłodzenia (od 25 do 40 W/m²). Czas życia tego produktu to około 25 lat. DELTA COOL 24 przyczynia się do klimatyzacji budynków w sposób pasywny. System nie generuje nieprzyjemnych przeciągów lub hałasu. Zastosowanie tego systemu nie wpływa na zmniejszenie się przestrzeni pomieszczenia, gdyż instalowany jest w podwieszanych sufitach. Dlatego też DELTA COOL 24 jest godny polecenia dla mniejszych pomieszczeń. Zalety DELTA COOL 24: zapewnia utrzymanie temperatury 25 w pomieszczeniu, charakteryzuje się wysoką gęstością energii w funkcjonalnym zakresie temperatur 22-28, jeden litr tego produktu pochłania tyle samo energii co 10 litrów wody, wysoka jakość materiału, zdolność materiału do dalszego funkcjonowania bez konserwacji przez ponad 25 lat bez utraty wydajności; 100% degradowane nietoksyczny, niepalny przyjazny dla środowiska brak poboru energii bez przeciągów małe wymiary szybki zwrot inwestycji, ponieważ koszt jest niski a koszt eksploatacji zerowy. Drugim ciekawym produktem oferowanym przez niemiecką firmę jest DELTA COOL 28. Zbudowany jest z pojemników wykonanych z poliwęglanu, wypełnionego hydratami soli. Pojemniki są zgrzewane. Produkt jest niepalny, trwały o temperaturze 26. Staje się skuteczny w zakresie temperatur od 26 i 30. Posiada szczególnie wysokiej gęstości magazynowanej energii, jest w stanie magazynować 75 Wh/litr. Podczas przemiany fazowej ze stanu stałego do ciekłego, materiał pochłania około 1,2 kwh/m² ciepła. Dzięki zastosowaniu DELTA COOL 28 temperatura wnętrza jest zmniejszona o od 4 do 6 w okresie letnim, co przyczynia się do zwiększenia komfortu i oszczędności energii poprzez zmniejszenie obciążenia chłodniczego. W miesiącach zimowych płytki DELTA COOL 28 zamontowane na wewnętrznej stronie fasady ze szkła przyczyniają się do zmniejszenia energii potrzebnej do ogrzewania nawet 150 kwh/m 2 rocznie. Tabela 17.Właściwości termofizyczne DELTA COOL firmy Dorken (Niemcy) Table 17. Thermo-physical properties DELTA COOL Dorken (Germany) Produkt DELTA COOL 24 DELTA COOL 28 temperatura 22-28 26-30 temperatura krystalizacji 22 26 wydajność chłodnicza 25-40 W/m 2 na zamówienie entalpia 158 kj =44 Wh/kg 188 kj =52 Wh/kg pojemność cieplna (ciało stałe-ciecz) 2.7/2.2 KJ/kg K 2.7/2.2 KJ/kg K przewodnictwo cieplne (c. stałe-ciecz) 1.12/0.56 W/mK 1.12/0.56 W/mK max. temperatura 60 60[ ] Palność nie nie gęstość (ciało stałe/ciecz) 1.6-1.5 kg/dm 3 1.6-1.5 kg/dm 3 postać płytki pojemniki z poliwęglanu

Masa 4 kg z czego 3 kg to PCM w zależności od wymaganej zdolności magazynowania ciepła BASF BASF jest największą firmą chemiczną na świecie, oferująca innowacyjne i przyjazne dla środowiska technologie we wszystkich dziedzinach przemysłu. Jednym z produktów oferowanym przez ten koncern jest Micronal PCM (rys. 14). Temperatura zarówno, jak i zamarzania wynosi 25,8 C. Micronal łatwo pochłania ciepło z pomieszczenia, gdy tylko temperatura w nim przekroczy temperaturę wosku. Powstanie dodatku Micronal było możliwe dzięki nowej technice mikrokapsułkowania, polegającej na zamykaniu mikroskopijnych kropelek wosku w powłoce z twardego polimeru akrylowego. Micronal PCM to nowy Rys. 14. Micronal BSF Fig. 14. Micronal BASF mikrokapsułkowy dodatek do materiałów budowlanych, używanych do wykańczania wnętrztakich jak np. płyty gipsowo-kartonowe, tynki. Technologia ta zmniejsza koszty ogrzewania, podnosi sprawność energetyczną w pomieszczeniach i zwiększa komfort. Micronal firmy BASF, występuje w postaci kuleczek parafinowych w otoczce polimerowej o średnicy kilku mikrometrów. Ziarna o takiej granulacji używane są w postaci zawiesiny wodnej. Suchy granulat ma większe ziarna-średnica od kilkudziesięciu do kilkuset mikronów. Średnia zawartość PCM w kapsułkach wynosi ok. 80%. Pojemność cieplna Micronalu wynosi ok. 110 kj/kg a jego temperatura może wynosić 21, 23, 26. Mikrokapsułki firmy BASF są nieprzepuszczalne zatem można je bezpiecznie przetwarzać. Nie grozi im też zniszczenie podczas szlifowania, wiercenia lub cięcia materiałów budowlanych. BASF ma w ofercie sześć rodzajów mikrokapsułkowego dodatku: Micronal DS 5000 X, DS 5007 X, DS 5029, będący zawiesiną mikrokapsułek w wodzie oraz Micronal DS 50001 X, DS 5008 X, DS 5032 X, mający postać suchego proszku (rys. 15). Rys. 15 Micronal DS Fig. 15 Micronal DS Najczęściej wytwarzanym elementem budowlanym z mikrokapsułkowanym PCM są płyty gipsowo-kartonowe, np. płyty o nazwie handlowej SMartBoard 23/26 ( oznaczenie liczbowe 23/26 wskazuje temperaturę granulatu). Płyty zawierają ok. 30% Micronalu (ok. 3 kg suchego Micronalu na 1 m 2 płyty). Taka ilość nie powoduje pogorszenia właściwości mechanicznych płyty, jak również nie powoduje zagrożenia pożarowego. Przy grubości płyty 1,5 cm jej pojemność cieplna wynosi 330 kj/m 2. Pojemność cieplna o porównywalnej wartości ma ściana betonowa o grubości 9 cm, natomiast ściana wykonana z gipsu lub cegły powinna mieć grubość 12 cm. To porównanie pokazuje efektywność materiału PCM w podwyższaniu pojemności cieplnej materiałów budowlanych. Firma BASF opracowała również innowatorski tynk do zastosowań wewnętrznych, zawierających od 10 do 15% zasobników ciepła utajonego w postaci mikroskopijnej wielkości cząsteczek wosku. Na metr

kwadratowy powierzchni przypada od 750 do 1500 g wosku. Pojemność cieplna dwucentymetrowej warstwy takiego tynku jest taka sama jak 20 centymetrowej ściany, zbudowanej z pustaków. Przy wysokich temperaturach, panujących na zewnątrz, wosk, topiąc się zużywa ciepło, nie powodując podwyższenia temperatury wewnątrz budynku. Do wykańczania ścian można używać gotowej do użycia zaprawy gipsowej z dodatkiem Mikronalu. Takim przykładem jest zaprawa Maxit Clima, zawierająca 20% Micronalu. Właściwości termiczne powłoki wykonanej z tej zaprawy są podobne do właściwości płyt gipsowo-kartonowych BASF. Tabela 18.Właściwości termofizyczne Micronal DS. Table 18. Thermo-physical Micronal DS Nazwa Typ Zastosowanie Pojemnosć cieplna kj/kg Ciepło utajone kj/kg DS 5000 26 przegrzanie 59 45 - DS 5007 23 DS 5030 zawiesina ochrona przed przegrzaniem, jako pasywny system chłodzenia Gestość kg/m 3 55 41-21 ogrzewanie, chłodzenie 51 37 - DS 5001 26 przegrzanie 145 110 250-350 DS 5008 proszek 23 ochrona przed przegrzaniem, jako pasywny system chłodzenia 135 100 250-350 Literatura 1. Cristopia Energy Systems, http://www.cristopia.coms. 2. TEAP Energy Products, http://www.teappcm.coms. 3. Rubitherm GmbH, 2011. http://www.rubitherm.des. 4. EPS Ltd., 2011. Environment Processing System Limited. http://www.epsltd.co.uk 5. Z. Ure Eutectic thermal energy storage concept. In: Proceedings of the 1st workshop IEA annex 10, 16 17, April 1998, Adana, Turkey. 6. Z. Ure Positive temperature eutectic energy storage systems. In: Paper presented at CIBSE/ASHRAE, conference, 2003, Edinburgh. 7. Z. Ure Eutectic (PCM) based heat rejection thermal energy storage systems. In: Paper presented at ASHRAE Anaheim winter meeting, 2004. 8. Z. Ure Passive cooling ceiling system using eutectic (PCM) solutions. In: Paper presented at ASHRAE Anaheim winter meeting, 2004. 9. Z. Ure Positive temperature eutectic (PCM) thermal energy storage systems. Paper presented at ASHRAE Anaheim winter meeting, 2004. 10. PCM thermal solutions (USA), 2011. www.pcm-solutions.coms. 11. Climator, 2004. Available from www.climator.coms. 12. Mitsubishi Chemical Corporation, 2004. Cited in [14]. 13. M. Jaworski, Zastosowanie materiałów zmiennofazowych (PCM) do zwiększenia bezwładności cieplnej budynków. www.izolacje.cpm.pl, 2009. 14. KK. Pillai, BJ.Brinkwarth,The storage of low grade thermal energy using phase change materials. Applied Energy, 1976, 2, 205-216