Zidovi od cigle mogli bi uskoro da dobiju potpuno novu ulogu u savremenoj arhitekturi i energetski efikasnoj gradnji. Naučnici i inženjeri intenzivno istražuju mogućnosti ugradnje materijala za promenu faze u tradicionalne građevinske elemente. Najnovija ispitivanja pokazuju da glinene cigle sa cilindričnim PCM kapsulama mogu uspešno da ublaže skokove temperature unutar objekta, odlože prodor spoljašnje toplote i značajno smanje potrebu za radom klima uređaja u toplim letnjim mesecima.

Istraživanje koje potpisuju autori Riyadh Alturki, Ali B. M. Ali, Omar J. Alkhatib i Ibrahim Mahariq zasniva se na detaljnoj numeričkoj CFD analizi (kompjuterska dinamika fluida).

Cilj ove studije bio je da se utvrdi kako se ponaša noseći ili pregradni zid kada se u njegovu strukturu dodaju napredni materijali za skladištenje toplotne energije.

Princip rada: Kako PCM materijali i heptadekan akumuliraju toplotu

Fizika iza ovog rešenja oslanja se na sposobnost PCM materijala (Phase Change Materials) da tokom prelaza iz čvrstog u tečno stanje apsorbuju veliku količinu latentne toplote. Kada se prostorija hladi ili spoljašnja temperatura padne, materijal se ponovo stvrdnjava i otpušta akumuliranu energiju natrag u okruženje.

U ovom konkretnom modelu primenjen je heptadekan, parafinski PCM koji prelazi u tečno stanje u opsegu između 20 °C i 22 °C. Ovaj temperaturni interval idealan je za održavanje unutrašnjeg termičkog komfora u stambenim i poslovnim objektima.

Pored prednosti, parafinski materijali imaju i jedan nedostatak, a to je relativno niska toplotna provodljivost. Da bi se taj problem prevazišao, unutar kapsula ugrađena je visoko provodljiva pena od nerđajućeg čelika. Njena uloga je da ubrza prenos toplote kroz sam PCM i omogući brže i ravnomernije punjenje i pražnjenje ove toplotne baterije.

Ispitivanje uticaja prečnika kapsula i temperaturnih uslova

Istraživači su analizirali ponašanje cigle pri različitim geometrijskim parametrima kapsula.

U analizu su bili uključeni modeli sa cilindričnim kapsulama prečnika od 2, 3 i 4 centimetra. Simulacije su vršene pri ekstremnim letnjim uslovima, gde su maksimalne spoljašnje temperature dostizale od 20 °C do 40 °C tokom dnevnog ciklusa zagrevanja.

Analiza je jasno pokazala da prisustvo kapsula menja dinamiku prolaza toplote kroz zid i sprečava naglo pregrevanje unutrašnjih prostorija.

Rezultati istraživanja: Znatno manja potrošnja energije i odloženi prodor toplote

Rezultati studije potvrdili su da cigle sa ugrađenim PCM kapsulama dramatično ublažavaju temperaturna kolebanja u poređenju sa standardnom glinenom ciglom.

Ključni efekti i rezultati dobijeni istraživanjem obuhvataju:

• Smanjenje unutrašnje temperature: Kod modela sa kapsulama prečnika 4 centimetra, najviša izmerena temperatura na unutrašnjoj površini zida bila je niža za do 1,9 °C.
• Vremenski pomak toplotnog talasa: Prodor maksimalne spoljašnje toplote u enterijer kasnio je između dva i tri sata, što omogućava da se pik toplotnog opterećenja odgodi za hladniji period dana.
• Redukcija toplotnog fluksa: Amplituda prolaza toplotne energije kroz zid smanjena je za 35 % do 40 %.
• Ušteda električne energije: U uslovima simulacije sa maksimalnom spoljašnjom temperaturom od 40 °C, varijanta sa kapsulama prečnika 4 centimetra smanjila je dnevnu potrošnju energije za hlađenje sa 130 kWh na 90 kWh, što predstavlja direktnu uštedu od 31 %.

Buduća primena u građevinskoj industriji

Autori studije zaključuju da veće kapsule sa kombinacijom PCM-a i metalne pene pružaju daleko bolju termičku zaštitu i stabilizaciju mikroklime u objektu nego manje varijante.

Iako je u ovom slučaju reč o numeričkoj simulaciji, dobijeni podaci pružaju jasnu i naučno utemeljenu osnovu za dalja laboratorijska i terenska ispitivanja.

Potencijalna primena ovakvih elemenata u zidnom omotaču objekata može u velikoj meri transformisati standarde održive gradnje, posebno u regionima sa izraženim letnjim vrućinama i visokim zahtevima za rashlađivanjem.

Ostanite uz Portal Građevinagram za još korisnog sadržaja, stručnih analiza i vesti iz sveta građevinarstva, arhitekture i zanata!