Latent värmelagring i väggar

Transkript

1 Latent värmelagring i väggar Magnus Olsson Kristofer Linder 20/3-09 Handledare: Åke Fransson Lars Bäckström

2 Sammanfattning Med målet att minska koldioxidutsläpp och i takten av ett ökande el pris, letar vi idag allt mer efter alternativa energikällor. En möjlighet, som vi undersökt närmare, är att använda fasomvandlings material (PCM) som energilager. Detta lager kan sedan verkan direkt mot en energikälla (som solfångare) eller kopplas in i ett system. Vi valde att genomföra tre mindre projekt, alla med målet att värma ett normalt hus. Det första delexperimentet gick ut på att byta ut vanliga element mot element som utnyttjar fasomvandling. Elementen kopplades sedan till ett solfångarsystem. De nya elementen innebar att man kunde lagra energi (en kortare tid). I det andra experimentet testades en latent värmelagrings panel. Enligt gjorda beräkningar på latenta värmelagringspaneler så ska dessa vara riktigt bra i energisynpunkt. Det tar bara runt två dagar att fylla upp lagret som sedan räcker länge. Räkningarna grundar sig på att det är åtta effektiva soltimmar per dygn. Det tredje experimentet gick ut på att impregnera innerväggen i en byggnad med ett PCM. Sedan valdes ett PCM med samma smälttemperatur som önskad inomhustemperatur. Detta gör att energi från varma inomhus perioder kan lagras för att utnyttjas när kalla perioder uppstår, för att på dessa vis spara energi. 2

3 Innehåll 1. Inledning 4 2. Teori Latent värmelagring (LTES) Fasändringsmaterial (PCM) 7 3. Metod PCM som termiskt lagringsmedium i ett termiskt energisystem Latent värmelagrings panel Impregnering av PCM i porösa byggnadsmaterial Resultat PCM som termiskt lagringsmedium i ett termiskt energisystem Latent värmelagrings panel Impregnering av PCM i porösa byggnadsmaterial Diskussion PCM som termiskt lagringsmedium i ett termiskt energisystem Latent värmelagrings panel Impregnering av PCM i porösa byggnadsmaterial Slutsats 19 Bilagor 20 Referenser 21 3

4 1. Inledning I ett försök att minska beroendet av fossila bränslen så har energikonservering blivit av allt större betydelse. Att i största mån undvika så kallade "toppar" i energianvändningen och att förflytta belastningar från tidpunkter då efterfrågan är som störst till andra tidpunkter. En historisk återblick visar att vi inte varit speciellt mån om att återanvända energi. Hur många äldre hus är det inte som använder direktverkande el som uppvärmning? Med tiden har bättre sätt att utnyttja energi uppkommit. Bergvärme och värmepumpar har blivit välkända begrepp för den större skaran. Något som inte fått lika stor genomslagskraft men som det forskas friskt i är latent värmelagring. Energianvändningen kan variera mycket mellan olika tidpunkter på dagen och även mellan olika perioder av året. Genom att lagra energi när behovet är mindre och ta av den energin när behovet är stort så sänks toppeffekten som krävs. Tänk om man kan lagra solenergi på sommaren och använda under vinterhalvåret. Detta är en av tankarna bakom latent värmelagring. Med latent värmelagring menas att man utnyttjar övergången mellan två faser i ett material. Till exempel den när vatten blir till is eller ett vax går från fast form till flytande form. Detta sätt är att föredra då det ryms väldigt mycket energi på en liten volym. Vid fasomvandlingen från vätskefas till fast fas avges samma värme som ämnet tog upp under motsatt övergång. Negativt med den latenta lagringen är att fasövergången inte är helt reversibel. utgångsläget kan inte helt återskapas, detta medför att verkningsgraden och livslängden på systemet sjunker med tiden. Vi vill undersöka vilka olika metoder av latent lagring det finns och vilka material som är att föredra vid användandet av latent värmelagring i väggar. 4

5 2. Teori 2.1 Latent värmelagring (LTES) Det finns två sätt att lagra energi i form av värme, sensibel och latent energilagring. Sensibel energilagring innebär att energin lagras i form av en temperatur ökning, då ämnet hela tiden är i en och samma fas. Latent energilagring innebär att man utnyttjar fasändringsenergin under lagringsförloppet. Detta innebär en hel del fördelar jämfört med att bara använda energilagringen under en fas men även nackdelar. I figur 1 visas temperaturen mot tiden för ett godtyckligt ämne, låt säga att det är vatten. Då börjar temperaturökningen med att vi har is. Genom att vi tillför värmeenergi till isen så blir den varmare och en sensibel energilagring sker tills punkt A nås. Här börjar en fasomvandling från is till vatten (fast till flytande), fasomvandlingen sker i konstant temperatur och en latent energilagring sker fram till punkt B. Sedan fortsätter en energilagring genom sensibel (B till C), latent (C till D) och sensibel (D till E). Figur 1 [1]. Temperatur mot tid, för ett godtyckligt ämne. En jämförelse i energilagringskapacitet mellan sensibel och latent energilagring visar att man är tvungen att värma upp vatten 80 grader [2] för att lagra lika mycket energi som lagras i fasändringen mellan is och vatten. Detta gör latent TES överlägsen sensibel TES i fråga om volym och vikt för systemen där lagringen sker. Dessutom bibehåller systemet en jämn temperatur vilket förlänger livslängden. För att beräkna energimängden används = m c T + m h [J] (1) där ändringen i termisk energi [J] beror på materialets massa (m [kg]), materialets och fasens specifika värmekapacitet c [J/kgK], multiplicerat med temperaturintervallet man rör sig inom. Vid fasändring tillkommer fasändringsentalpin h [J/kg] multiplicerat med massan. Energi lagras när omgivningsluften är varmare än PCMet och avges när situationen är den omvända. Om då PCMets totala fasomvandlingsenergi är större än värmen det tar emot kommer temperaturen vara konstant under hela energiutbytet. Detta innebär att i ett väl avvägt system kan en konstant temperatur hållas, trots att ett relativt stort energiutbyte sker. 5

6 Värmeöverföring Värmeöverföring kan ske med konduktion, konvektion och strålning. Projektet kommer att hantera alla dessa tre så en snabb genomgång av dess grunder följer. Konduktion sker när två föremål med olika temperatur har fysisk kontakt. Konduktion kan ske i alla faser och beskrivs av Fouriers lag enligt d dt dt = k A [W] (2) dl här är värmeflödet per tidsenhet (d/dt [W]) är beroende av ämnets värmekonduktivetet k [W/mK], kontakt ytarean A [m 2 ] och temperaturskillnaden längs värmeflödets väg dt/dl [K/m]. Konvektion sker när en solid är i kontakt av en strömmande vätska eller gas, är vätskan eller gasen stillastående blir det konduktion istället. Då strömningshastigheten ökar ökas även värmeflödet med konvektion, därför används ofta fläktar eller liknande för att öka värmeutbytet. Konvektion beskrivs av Newtons kyllag d dt ( ) = h A T solid T fluid [W] (3) här beror värmeflödet med tiden på materialets värmeöverföringstal h [W/m 2 K], kontakt arean A [m 2 ] och temperatur skillnaden mellan solid och fluid [K]. Strålning emitteras av alla kroppar över absoluta nollpunkten, det är energi i form av elektromagnetiska vågor. Strålningen mellan två kroppar beror på förutom dess temperatur även deras inbördes position, värmeöverföringen beskrivs av Stefan Boltzmanns lag d dt 4 4 = ε σ A ( T s T surr ) [W] (4) här beror värmeflödet med tiden på ämnets emissivitet ε, Boltzmanns konstant σ (5,67x10-8 [W/m 2 K 4 ]). Värmeflödet genom en vägg beräknas enligt ( T T ) ute = k A L [W] (5) där värmeflödet beror på väggens värmekonduktivitet k [W/mK], väggarea A [m 2 ], skillnaden mellan inomhustemperatur (T inne ) och utomhustemperatur (T ute ), samt väggtjockleken L [m]. inne 6

7 2.2 Fasändringsmaterial (PCM) När man håller på med LTES är valet av PCM väldigt viktigt. Ditt system kan vara hur bra som helst, väljer du fel PCM brister allt. Men hur ska man då välja PCM? Den vanligaste fasändringen som man arbetar med inom energilagring är fast - flytande. Det är främst för att volym ökningen vid övergången till gas form är svår att hantera. Vidare väljer man PCM efter smälttemperatur, fasomvandlingsentalpi, pris, densitet, brandrisk osv. För att få en god överblick börjar vi med att presentera olika klasser av PCM, för att sedan sålla bort fler och fler och till slut komma fram till de PCM som kan passa vårat projekt. Fast flytande PCM De fast flytande PCMen kan delas upp i flera olika materialklasser, antingen organsika eller oorgansika. Figur 2 visar en översiktsbild över de olika materialklasserna. Figur 2 [3]. Fast flytande PCMs olika material klasser. 7

8 Organiska PCM delas in i paraffin eller icke-paraffin. Paraffinerna är oljebaserade och är också dem av de organiska PCMen som används mest idag. Deras smälttemperatur är beroende av hur många kolatomer deras kolkedja innehåller, smälttemperaturen ligger mellan 2 80 o C. De organiska PCMens fasändringsentalpi ligger uppemot 240 kj/kg och deras värmekonduktivitet är inom 0,15 0,35 W/m 2 K. För att ett PCM ska vara hållbart att använda i ett LTES krävs att det klarar av ett stort antal fasomvandlingscykler, man kan jämföra med ett batteri. De organiska PCMen är mer kemiskt stabila än de oorganiska, och därmed bättre vad gäller antal fasomvandlingscykler. De organiska är dessutom lätta att innesluta i byggnadsmaterial, har varken rost eller toxiska problem. Däremot är brandrisken hög [4], vilket bör beaktas. Oorganiska PCM delas upp i salt-/vattenbaserade och övriga föreningar. De salt-/vattenbaserade är förutom billigast även de enda PCMen med smälttemperatur under 0 o C. De oorganiska PCM som praktiskt används idag ligger mellan o C. Medan övriga oorganiska föreningar fasomvandlas mellan 170 och 1000 o C. Oorganiska har i jämförelse med organiska PCM en högre latent energilagringsförmåga sett per volymenhet, mellan MJ/m 3. Dessutom en värmekonduktivitet på uppåt 100 W/m 2 K. Oorganiska PCM har ofta problem med underkylning och dekomposition (ej fullständig fasomvandling) vilket försämrar materialet med tiden. Båda problemen går ofta att lösa med hjälp av diverse tillsatser, men detta påverkar priset. Dessutom finns rostproblem och efter ett visst antal cykler kan PCMet ta upp (alt. Förlora) vätska, vilket ofta kräver att man måste placera oorganiska PCM i speciella behållare. Tabell 1 [3]. Fast flytande PCMs olika materialegenskaper. Tabell 1 ger en överblick på de organiska och oorganiska PCM som kan tänkas användas i vårt projekt. Den viktigaste egenskapen när man väljer material är smälttemperaturen [5]. Idag har man komponerat PCM blandningar så man kan välja (i stort sätt) vilken smälttemperatur som helst. Sedan är det naturligtvis viktigt att fasomvandlingen genererar så mycket energi som möjligt, så inte sensibel energilagring sker i för stor grad. 8

9 3. Metod Med en litteraturstudie som grund genomfördes en noggrannare undersökning på tre olika tillämpningsområden för energilagring med hjälp av PCM. Litteraturstudien omfattades främst av rapporter och projektarbeten, se referenser i slutet av arbetet för mer information. Huset vi använder i samtliga metoder visas i figur 3 (bortsätt från elementen), man önskar hålla en jämn temperatur på 20 o C året runt. Husets mått är 10 x 10 meters golvyta och 2,5 meters takhöjd. Väggen är 0,3 meter tjock med en värmekonduktivitet på 0,3 W/mK. Huset är placerat i Valla (se figur 4), dvs. därifrån är våra utomhustemperaturer hämtade [6] (2008). Beräkningarna genomförs under två dygn, ett vinter- och ett sommardygn. Temperaturen för vinterdygnet baseras på snittemperaturer från Mars månad (2008), och sommardygnet från Juli (2008). Figur 3. Rummet som ska värmas och kylas i vårt projekt, de gråa rektanglarna är elementen från metod 3.1. Figur 4. Vårt projekt är placerat i Valla, Katrineholms kommun. Målet är att så effektivt som möjligt, beroende på utomhustemperaturen, värma eller kyla huset. Prioriteringen vad gäller energikällorna till PCMet ligger på ekonomi och miljö. 9

10 3.1 PCM som termiskt lagringsmedium i ett termiskt energisystem Att byta ut medium i ett sensibelt system (från TES till LTES) sker idag på flera sätt. Man försöker utnyttja de latenta fördelarna i avseende på volym och vikt mot sensibel energilagring. Man kan t.ex. byta ut vatten mot saltvatten blandningar eller olja, för att få med en fasomvandling i olika slutna system. I detta fall ska vanliga vattenelement bytas ut mot element innehållandes ett PCM som är idealt för huset i fråga. Tre element (0,5 m hög, 2 m lång och 0,05 m tjock) placeras i rummet, se figur 3. Elementen består av en yttre PCM-behållare i aluminium, och inuti behållaren slingrar sig ett kopparrör innehållandes en godtycklig vätska som kommer från en solfångare på husets tak, se figur 5. Rörets inlopp är i elementets nedre kortsida och utlopp på motståendes topp. Röret har en total ytarea inne i elementet på 1 m 2 (rörets diameter 0,04 meter). Yttersta skiktet av elementet är behandlat i en slitstark och matt färg. Temperaturen från solfångaren varierar beroende på utomhustemperaturen. Pumpen mellan solfångaren och elementen aktiveras när värmen i solfångaren överskrider rumstemperaturen. Figur 5. Elementets utseende 3.2 Latent värmelagrings panel Tanken bakom den här modellen är att bygga en vägg som kan lagra på dagen då solen skiner och använda den värmen för att hålla en behaglig temperatur i huset under natten. Konstruktionen av en PCM-solvägg kan tyckas vara lite komplicerad. Panelen består av sex stycken olika lager. Ytters finns ett lager av glas (1) följt av ett lager med genomskinlig isolering (2). Bakom den följer ett lager med genomskinligt inkapslat svart paraffinvax (3). Därefter finns en luftspalt (4), ett lager isolation (5) och innerst en gipsplatta (6). Under dagen strålar solen in genom det yttersta lagret och det svarta paraffinet absorberar energin och lagrar den som latent värme. Den yttersta isoleringen hindrar att värmen strålar tillbaka ut till atmosfären. Ventilationsluften till huset värms upp genom luftspalten, som ligger bredvid lagret med paraffinet, och leds in i rummet. De olika material vi använt vid undersökningen av latenta värmelagringspaneler är ett paraffin vid namn RT30 som har den specifika smältentalpin på h=207 kj/kg [] ε =0.97 (emessiviteten för den svarta ytan), A s =100m2 (ytarea för den svarta ytan), σ = 5.67*10^-8 W/m 2 K 4 (stefan bolzman konstant), T s = 40 o C, k 1 =0.07 W/mK, k 2 =0.065 W/mK, h 3 =207 kj/kg, ρ =1200 kg/m 3, T surr,m = 5.1 o C, T surr,j = 12 o C och T surr,a = 24.1 o C 3 10

11 L 1 =0.01 m (Bredd på glaset) L 2 =0.08 m (Bredd på den genomskinliga isolationen) L 3 =0.05 m (Bredd på det svarta absorptionslagret) L 4 =0.07 m (Bredd på luftspalten) L 5 =0.08 m (Bredd på den inre isolationen) L 6 =0.01 m (Bredd på gipsskivan) Basrummet används även här, med alla väggar gjorda på här ovan beskrivet sätt. De värmeförluster som blir kommer att ske i taket och från paraffinet ut mot utomhusluften. Förlusterna åt andra hållet ses inte som förluster. Figur 6. Genomskärning av väggen. 3.3 Impregnering av PCM i porösa byggnadsmaterial Fördelarna med att blanda in PCM i väggar är att du får en större termisk energi på en mindre tjocklek av väggen samtidigt som möjligheterna för ventilerande kylning och möjligheterna att fördröja belastningar på t.ex kylmaskiner till tidpunkter då efterfrågan är mindre. Dessutom är skillnaden i ekonomisk synpunkt väldigt liten när det gäller installation av PCM-vägg istället för en vanlig vägg. Många material har blivit undersökta som potentiella värdar för PCM:et, däribland trä, porösa gipsväggar, spånskivor betong, tegel och sten. Figur 7 visar på hur energilagringskapaciteten ökar i olika material om PCM blandas in. Figur 7 [4]. Energilagringskapaciteten ökar med inblandad PCM. 11

12 Tre viktiga parametrar som påverkar energin som kan bli absorberad och frisläppt är smälttemperaturen, temperaturspannet då smältning pågår och den latenta kapaciteten per areaenhet [5]. Optimalt hade man velat ha PCM som smälter vid en enda unik temperaturgrad, men detta är inte realistiskt utan oftast sker detta under ett visst temperaturspann. Nedan följer den modell vi valt att använda oss av i vår undersökning. Träfiberplattan består av en gipsplatta med inblandad paraffin och feta syror. Eftersom det är en blandning kommer smältningen ske över ett visst temperaturspann. Det termiska motståndet av träfiberplattan är försummad då den är så liten i jämförelse för motståndet i isoleringen. För en intern vägg sker det ingen värmeöverföring från ytan av träfiberplattan, därför kan det antas att medeltemperaturen i träfiberplattan överensstämmer med medeltemperaturen i rummet. Beräkningar sker på en träfiberplatta med 20% PCM impregnerat. Detta ger en konduktivitet på 0,210 W/mK [5] och fasomvandlingsenergi på 426,7 kj/m 2 [5]. Träfiberplattan är 0,05 meter, och isoleringen är 0,25 meter, enligt figur 8. Figur 8. Genomskärning av en vägg. Vitsen med impregneringen är att spillvärme från rummet ska tas upp för att sedan utnyttjas då rummet blir inaktivt. På så vis skapas gratis energi i ett normalt hus med pulserande interna energikällor, t.ex. arbetsplatser eller skolor. 12

13 4. Resultat 4.1 PCM som termiskt lagringsmedium i ett termiskt energisystem För att förenkla beräkningarna antas värmeflödet ut ur taket vara samma som ur väggen. Detta ger en total flödesarea på 200 m 2. Detta ger en totalvärmeförlust i huset på ( ) 20 7,8 = 0,3 200 = 2440W 0,3 enligt ekvation (5). Det ger på ett år 2440 W = 21374, 4kWh i endast värmeförluster. Då ska det nämnas att detta är en höftad beräkning endast utförd med utomhustemperaturens medelvärde över ett år, men ett ungefärligt värde. Vidare beräkningar grundar sig på temperatur förändringen under ett dygn, i mars (figur 9) och juli (figur 10). Figur 9. Temperatur förändringen under ett dygn i Mars. Figur 10. Temperatur förändringen under ett dygn i Juli. Som PCM väljs ett organiskt paraffin, med en smälttemperatur på 20 o C (se kapitel 2.2, t.ex. Acetophenone [3]). Fasändringsentalpi på 240 kj/kg, med densiteten 1200 kg/m 3 och värmekonduktivitet 0,25 W/mK. I ett element får det plats 0,04 m 3 av PCMet, dvs. 48 kg. Det ger att ett element kan lagra 11,5 MJ, dvs. 3,2 kwh. Detta innebär att det behövs 6680 fasomvandlingar för att värma huset i under ett år, alternativt 19 element om det sker en fullständig fasomvandling per dygn (baserat på att huset behöver 21,4 MWh per år, se ovan). En svensk solfångare ger ca 315 kwh/m 2 under ett år, beroende på det mottagande mediumets temperatur och antal soliga dagar. Vårt mottagande medium är ett PCM som håller 20 o C under smältning. Det antas därför att värmeutbytet i elementet är idealt, så länge en fasomvandling pågår. T.ex. skulle 68 m 2 solfångsarea behövas för att värma hela huset. Mars Enligt ekvation (5) får vi ett behov över dagen som ser ut enligt figur 11. Snitt förlusterna under Mars är betydligt större än ett snitt under ett helt år, dessutom är soltimmarna färre och svagare. 13

14 Figur 11. Värmeförlusterna under ett snittdygn i Mars. Under ett helt dygn förlorar huset 3700 W 24h = 88, 8kWh i Mars, vilket skulle kräva 103 m 2 solfångararea. Alternativet för att få ner arean är säsongslagring i PCMet. Låt säga att den i November är alla tre elementen full laddade (100% fluid) och solfångararean är 68 m 2, vilket räknades fram som behovet vid den årliga snitt temperaturen. Då skulle skulle huset klara av att värmas av solfångaren ända till: Lagrets storlek + solfångarens energi energiförlusten genom tak och väggar 3 x 3.2 kwh + 2,45 kwh 3,7 kwh Lagret skulle alltså räcka 7,6 timmar, vilket inte skulle vara tillräckligt i en dygnscykel. Om vi säger att solfångaren klarar av att värma huset under 8 timmar, då måste ett hållbart lager klara av att värma huset restrerande 16 av dygnets timmar. Utöver detta måste ju även den energin laddas under soltimmarna, men om vi säger att vi har fulladdade element när solfångaren slutas användas: Lagrets storlek energiförlusten genom tak och väggar Antal element x 3.2 kwh 3,7 kwh x 16 timmar Då skulle det krävas 19 element för att klara av den solfångar lösa perioden. Juli Under Juli månad är värmeförlusterna betydligt mindre och tillgången till solvärme betydligt större (se figur 9). Här kan PCMet istället användas för att kyla huset, då kör man istället pumpen på kvällen. PCMet avger värme på kvällen till omgivningen och tar upp värme på dagen från inomhusluften då temperaturen överstiger 20 o C. 4.2 Latent värmelagrings panel Beräkningar sker för tre olika temperaturtillstånd. En beräkning för Mars, en för Juli och en för hela året. Solstrålningsvärmen som träffar lagret med paraffinvaxet är räknas ut med ekv (4) 4 4 ( ) = W 8 rad = Värmeförlusterna delas upp i förluster från taket och från PCMet till utomhusluften, ekv (5) 14

15 Lt 0.3 Rroof = = = 0.01 k A roof, m T1 T2 = R roof, j roof,å t roof s = = 1850 W = = 210 W = = 1220 W 0.01 Förlusterna från PCM ämnet mot utomhusluften fås av R 1 1 o = = = h A s L R1 = = = k A s L R2 = = = k wall, m 2 A s R wall R + R + = = 0 1 R2 ( ) = T1 T2 = = W Rwall ( 40 12) = = W ( ) = = W wall, j wall,å Den energi som kommer att värma luftspalten fås genom att ta solstrålningsvärmen och subtrahera med förlusterna ut från ytan. = rad wall m = 20505,6-2748,0 =17757,6 W = rad wall j = 20505,6-1252,0 = W = 20505,6-2333,3 = W tot, m, tot, j, tot, å = rad wall, å I Mars kommer energin i vaxlagringen under en standarddag med åtta soltimmar ge =15,3 MJ per månad, för Juli blir =49,9 MJ per månad och för hela året ges ett medelvärde på =47,1 MJ per månad. Förlusterna från taket under en månad blir för Mars =4,79 MJ, =0.54 MJ för Juli och för hela året ges genomsnittet =3,16 MJ per månad. 15

16 All energi som skulle rymmas i paraffinet räknas fram till E = As L 3 ρ h = 1242 MJ För att fylla energilagret helt skulle det behövas 16,82 soltimmar Impregnering av PCM i porösa byggnadsmaterial Hela väggen får en lagringskapacitet på ,7kJ / m 100m = 42, 67MJ alternativt 11,9 kw. Eftersom hela principen bygger på konceptet att energilagringen är gratis (tas från spillvärme) är detta ett billigt sätt att värma huset. Om vi räknar på att vårat hus används som en skola fem gånger i veckan, och säger att det är tillräckligt mycket elever för att hela lagret ska fyllas under en skoldag. Då innebär detta att vi kommer kunna spara 11,9 kw x 5 dagar = 59.5 kw per vecka. 16

17 5. Diskussion 5.1 PCM som termiskt lagringsmedium i ett termiskt energisystem Istället för att använda en 103 m 2 stor solfångare hade man kunnat kombinera uppvärmningen av huset med t.ex. bergvärme. Elementen hade enkelt kunna kopplats ihop med ett bergvärmesystem. Om PCMet byts ut i experimentet mot t.ex. vatten som endast (i detta fall) lagrar energi sensibelt, hade effekterna blivit: Elementets temperatur hade varierat beroende på solfångarvätskans temperatur, därmed hade även inomhustemperaturen varierat under dagen. Energilagringen hade varit betydligt lägre (4,18 kj/kgk), vilket t.ex. gör det omöjligt att spara kyla från kvällen till dagen. Dessutom är solfångarens effekt även systemets toppeffekt, vilket inte är fallet om PCM används. Trots att värmeväxlingen mellan solfångarens vätska och PCMet anses som god, så innebär den en förlust jämfört om man hade haft endast en vätska. Vi valde en fasomvandlings temperatur som vi vet är ideal för impregnerat PCM i byggnadsmaterial, men i element borde troligtvis en något högre temperatur valts. Då tappar man dock kapaciteten att kyla rummet på sommaren. 5.2 Latent värmelagrings panel Värmen från solfångaren under Mars är ungefär tre gånger så stort som förlusten genom taket. Detta menar att ett energiöverskott kommer fås och värmen i huset stiga. Tittar man sen på Juli månad och genomsnittsmånaden för ett år så blir förhållandena ännu större. Men i dessa beräkningar har det inte tagits nån hänsyn till att energiförluster kommer ske från solfångar-paraffinet och ventliationsluften. Det har heller inte räknats på att en fläkt måste köras för att få luften att cirkulera genom luftspalten. Beräkningarna har gjorts på att det är åtta effektiva soltimmar per dygn. Detta är en grov approximation då det oftast bara är på sommarmånaderna och knappt då man kan få så många effektiva soltimmar. Dessutom kan knappast alla sidor av huset räknats som solenergigivande väggar, minst en borde vara tämligen värdelös p.g.a. skugga, något vi ej tagit hänsyn till. Det kan tyckas konstigt att väggen skulle generera så mycket energi att det klarar att värma upp rummet och lite mer därtill. Detta kan bero på de många förenklingar som vi gjort eller något orealistiska mått. 5.3 Impregnering av PCM i porösa byggnadsmaterial Värmeförlusterna är lika som i 4.1 dvs: 2440 W i snitt över hela året och 3700 W som snitt under Mars månad. Men det finns skillnader jämfört med när vi har element med PCM: Vid alla värmeförluster som sker genom väggen tas dessa först upp av PCMet. Inga konvektionsförluster sker mellan innervägg och inomhusluften. Impregneringskostnaderna är låga, dessutom kommer systemet sköta sig själv och all energi som sparas uppkommer gratis. 17

18 Denna form av impregnering torde vara effektivast på hus som varierar mycket i inomhustemperatur via diverse elektronik. T.ex. på en dator rik arbetsplats kan PCMet i väggen kyla inomhusluften och samtidigt lagra energi under arbetstid. Under arbetstid produceras värme både från datorer (och annan elektronisk utrustning) och personalen. Väggen kan då laddas under konstant temperatur, nämligen den valda smälttemperaturen. Detta ger en kyleffekt, senare under natten kan PCMets lagrade energi tas ut och värma upp byggnaden. 18

19 6. Slutsats Det är viktigt att komma ihåg att PCMen endast förbättrar lagringen av energin, inte själva uppvärmningen (mer än att den hålls mer jämn). Det första experimentet får anses som ett misslyckande, där de tillkomna kostnaderna troligtvis överstiger fördelarna. Den formen av lagring lämpar sig troligtvis bättre i fabriker där stor tillgång till spillvärme finns. I det andra experimentet testades en latent värmelagrings panel. Kan man få väggarna att bli så täta i verkligheten som vi gjort i beräkningarna och undvika förluster i överföringen mellan paraffinet och luftflödet så verkar energilagringssystem med latenta värmelagringspaneler vara framtidssäkert. Det tredje experimentet är ett utmärkt alternativ till hus med periodvis stor intern spillvärme, eftersom PCMet finns i hela väggen kan energilagras samtidigt som det minskar förlusterna från väggarna. 19

20 Bilagor Tabell 2 [6]. Olika medeltemperaturer under varje månad 2008 i Valla. Medeltemp Medelmax Medelmin Nederbörd Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dec Året

21 Referenser [1] U. Stritih och P. Novak, Thermal storage of solar energy in the wall for building ventilation, University of Ljubljana Faculty of Mechanical Engineering, [2] Yunus A. Cengel och Michael A. Boles, Thermodynamics: an engineering approach (6 th edition), [3] Peter Sundberg, Termisk energilagring genom fasändringsprocesser, Luleå Tekniska Universitet Samhällsbyggnad, [4] Ruth Kelly, Latent heat storage in building materials, AMEC Design, datum okänt. [5] D. A. Neeper, Thermal dynamics of wallboard with latent heat storage, Science & Engineering Associates - Santa Fe (USA), [6] Valla-Väder, Övriga referenser Energy Performance of Buildings Group, Latent Thermal Storage,