T+T Technika a trh

Léto, slunce, sluneční svit – ačkoli po nich tolik toužíme během zimních měsíců, když konečně nastanou, jsou nám na obtíž. Obzvláště moderní domy z lehkých konstrukcí a administrativní komplexy z oceli a skla, s průhlednými průčelími vytvářejícími skleníkový efekt, se mohou ze dne na den změnit na saunu. Materiál Micronal® PCM SmartBoard™ firmy BASF nabízí

řešení tohoto problému. Speciálních vlastností inovativního sádrokartonu bylo dosaženo díky surovému materiálu Micronal® PCM, mikroobalovanému pohlcovači latentního tepla, který je založený na parafínovém vosku absorbujícím nadbytečné teplo. Účinnost materiálu Micronal® PCM jako teplotní ochrany způsobuje fyzikální jev, který vzniká při změně skupenství vosku z tuhého na kapalné (viz Info Box). Během této změny skupenství se spotřebuje velké množství tepelné energie (známé jako latentní teplo), aniž by se změnila teplota samotného materiálu. Je to stejný efekt zpříjemňující náš život jako když se během horkých letních dní kostky ledu rozpouštějí v nápoji a absorbují velké množství tepla, čímž udržují nápoj dlouho chladný.

Přirozeně, teplota v soukromých domech a kancelářích nemusí být až tak ledová a proto si vývojoví technici firmy BASF vybrali místo vody materiál, který na sebe váže latentní teplo (též známé jako materiály změny skupenství - „phase change materials“ – PCM) velmi čisté parafínové vosky a optimalizovali jejich bod tání tak, aby se hodil pro specifické účely klimatizování budov. Při tání dochází k absorbci velkého množství tepla z okolí, čímž se zabrání dalšímu zvyšování teploty v místnosti. V noci, kdy vnější teplota znovu poklesne, se navázané teplo v průběhu tuhnutí vosku opět uvolní a pohlcovač tepla je připravený na další letní den.

Tolik co se týče teorie. Problém spočívá v praktických aspektech: jak sa dá tající vosk bezpečně integrovat do stavebních materiálů jako je omítka, malta, anebo sádrokartonové desky? „Našim řešením je mikroobalování,“ odpovídá Marco Schmidt z oddělení Funkčních polymérů firmy BASF. „Obalíme mikroskopicky malé kapky vosku do prakticky nezničitelného pouzdérka z akrylového polymeru, který odolá i vrtání a řezání. Vosk z neproniknutelné kapsle nemůže vytéct a výrobky Micronal® PCM přitom splňují veškeré předpisy, a to jak stavební, tak co se týče životního prostředí.“ S velikostí částice jen několika mikrometrů se maličké kapsle mohou lehce včlenit – buď jako disperzní částice anebo jako prach - do omítek a malty, v závislosti na materiálu je možný obsah 20 až 40 procent materiálu Micronal® PCM. S hotovou sádrokartonovou stěnou SmartBoardTM se pracuje velmi lehce: i když je pouze 1,5 cm silná, každý čtvereční metr obsahuje přibližně tři kilogramy materiálu Micronal® PCM a jeho tepelně-izolační vlastnosti korespondují s vlastnostmi cihlové stěny tloušťky 12 cm. Takže nejde ani tak o sádrokarton, spíše je důležitý funkční prvek budovy, který aktivně vylepšuje vnitřní prostředí.

Chladící účinek okolo 3 až 4ºC dosažený novátorskými výrobky PCM firmy BASF se téměř vyrovná efektu konvenčních klimatizačních systémů, jež jsou obvykle nastavené na vytvoření rozdílu teploty kolem 6ºC. „Tím se vlastně klimatizační systémy stávají buď zcela zbytečnými, nebo přinejmenším se může snížit jejich výkon,“ dodává Peter Schossig z Fraunhoferova ústavu pro energetické solární systémy (ISE) ve Freiburgu, s nímž firma BASF úzce spolupracuje na vývoji PCM od roku 1999. Na rozdíl od klimatizačních jednotek je Micronal® PCM úplně nezávislý na údržbě, zdůrazňuje Schossig. Freiburští vědci uskutečnili zátěžový test, při němž tento materiál podrobili asi 10.000 cyklům zahřátí a tuhnutí, aby simulovali 30-leté nepřetržité používání. „Test neodhalil žádné zhoršení funkčnosti či materiálu,“ dodává Schossig.


Během posledních pěti let materiál Micronal® PCM úspěšně vykročil z laboratoří do praktického využití. V slunečném Freiburgu, nedaleko od ústavu ISE, byl právě dokončený inovačný stavební komplex „Sonnenschiff“ (Sluneční loď), poskytující 6500 m² plochy na komerční, kancelářské a obytné jednotky. V zimě se energetické náklady na Sluneční loď, jež téměř nepotřebuje vytápění, minimalizují díky dokonalé izolaci a využití dopadající solární energie. “Tento typ stavby přirozeně potřebuje také novátorská řešení poskytující ochranu proti příliš silnému letnímu slunci,” říká architekt budovy Rolf Disch. Kromě žaluzií jsou integrální součastí chladícího konceptu budovy i sádrokartony SmartBoard™ . Tímto způsobem se dokážeme zcela obejít bez energeticky náročné klimatizace.” Šetří se tak nejen náklady na energii, ale v konečném důsledku se snižují i emise CO2 do zemské atmosféry, což je v souladu s mezinárodními dohodami na ochranu zemské atmosféry. Materiál Micronal® PCM tak působí proti skleníkovému efektu nejen v rámci budov, ale i v globálním měřítku.

Latentní teplo je to, čím věda nazývá množství energie vyžadované při přechodu látky z jednoho skupenství do druhého – například z ledu na vodu, anebo z vody na páru. Nazýváme ho latentním, protože se neprojevuje ve formě teplotní změny. Kostka ledu podobným způsobem odebírá velké množství tepla z tekutiny a udrží nápoj dlouho studený, dokonce i v parném létu. Aby roztál jeden kilogram ledu z 0ºC, je potřeba 330 kJ energie, stejné množství energie dokáže zahřát studenou vodu až na 80ºC. Vypaření vody při 100ºC na páru stejné teploty spotřebuje dokonce ještě větší množství energie (asi 2,200 kJ/kg).

Množství vázané energie a teploty, při které dochází ke změně skupenství, závisí ve velké míře na materiálu. V parafínových voscích, jež jsou obsažené v Micronal® PCM, je to podmíněné hlavně délkou uhlovodíkové molekuly: zatímco parafín o délce řetězce 16 atomů uhlíku taje při 20ºC, řetězce s 18 atomy uhlíku potřebují 28ºC. Bod tání mezi 6ºC a 60ºC se tak dá vyselektovat výběrem rozdílné délky uhlíkového řetězce.

Protože zákon termodynamiky tvrdí, že energie se nikdy neztrácí, princip, kterým se řídí materiály schopné absorbovat latentní teplo, funguje i obráceně, jako například u ohřívače rukou, jenž obsahuje roztok octanu sodného. V tomto případě se uvolňuje teplo během tuhnutí. Selektivního uvolňování nahromaděné energie lze dosahnout fyzikálním trikem: vysoká čistota roztoku znamená, že prvotně zůstává tekutinou dokonce i když je teplota hluboko pod bodem tání. Krystalizaci lze navodit pouze pokud je to potřeba, přičemž je schopná ohřívat ruce na přibližně 58ºC po dobu několika hodin. Polštářek obsahujíci ztuhlou sůl se pak dá regenerovat v horké vodě.
www.basf.cz