Фазозмінний матеріал (PCM)
Матеріал, що накопичує й віддає тепло під час плавлення та тверднення. Його додають у внутрішню обшивку або стяжку, щоб легкі будинки мали додаткову теплову масу.
Що таке матеріал зі зміною фази?
Матеріал зі зміною фази (PCM) це речовина, яка накопичує і віддає велику кількість тепла під час переходу між твердим і рідким станами, майже за сталої температури. У будівлях PCM вбудовують у внутрішнє облицювання стін, стяжки підлоги або панелі, щоб легка конструкція отримала частину тієї акумулюючої здатності, яка в масивного цегляного будинку є природною. Найпоширеніші будівельні PCM це парафінові воски та солі гідратів, які обирають за температурами плавлення, близькими до комфортного діапазону в приміщенні.
Ця категорія продуктів розвинулася разом з легким будівництвом, де в будинку спочатку менше вбудованої маси. PCM близькі до теплової маси, традиційного способу, яким будівлі згладжують коливання температури, і їх часто плутають. У цій статті пояснюється, як працюють PCM, де їх розміщують у дерев'яному будинку і чому в Словаччині це радше спеціалізований, а не типовий вибір.
Як PCM накопичує тепло?
Звичайні будівельні матеріали накопичують тепло як явне тепло: їхня температура підвищується в міру поглинання енергії. Обсяг накопиченого тепла залежить від маси, питомої теплоємності матеріалу та величини зміни температури. PCM додає другий накопичувач. Досягнувши температури плавлення, він поглинає тепло, але залишається приблизно за тієї самої температури, бо енергія витрачається на зміну структури матеріалу. Це називається прихованим теплом. Коли кімната охолоджується вночі, матеріал знову твердне і віддає це тепло назад у приміщення.
Тому PCM може утримувати велику кількість тепла у вузькому температурному діапазоні, значно більше, ніж штукатурка чи дерев'яна панель такої самої товщини. Проте ефект працює лише в тому діапазоні, де матеріал змінює фазу. За межами цього діапазону PCM поводиться як звичайний, досить легкий матеріал.
Де розміщують PCM у дерев'яному будинку?
У дерев'яному каркасному будинку (drevostavba) масивних шарів, які зазвичай забезпечують масу, немає, тому продукти PCM зазвичай монтують на вже наявні внутрішні поверхні. Три поширені місця різняться тим, яку площу поверхні вони дають і наскільки складно додати їх пізніше.
| Місце | Типова форма | Перевага | Недолік |
|---|---|---|---|
| Гіпсокартон (sadrokartón) | Плита з PCM, герметично укладеним у мікрокапсули або вбудованим шарами | Вписується у звичайну послідовність сухого облицювання і забезпечує велику відкриту площу | Збільшує вартість за квадратний метр, а плити потребують обережного поводження та кріплення |
| Стяжка підлоги (poter) | Гранули або пелети, змішані зі стяжкою | Тепло надходить до матеріалу і від підлоги, і від приміщення | Змінює поведінку стяжки, тому її потрібно визначити до заливання і важко змінити згодом |
| Елементи скління або затінення | Панелі або прошарки, вбудовані в склопакети | Може діяти на сонячне світло ще до того, як воно потрапить у приміщення | Спеціалізований продукт, зазвичай дорожчий і рідко використовується в житловому будівництві |
Гіпсокартон є найпоширенішим варіантом у легких будинках, бо це знайомий продукт для сухого облицювання, який вписується у звичайну послідовність будівельних робіт. Варіанти зі стяжкою та склінням використовують рідше, і для них потрібно, щоб проєктувальник і постачальник погодили деталі ще до початку будівництва.
Чим PCM відрізняється від теплової маси?
Теплова маса це загальна властивість важких матеріалів, таких як бетон, цегла і камінь, поглинати тепло та повільно його віддавати. PCM є спеціалізованим матеріалом, який досягає подібного буферного ефекту з набагато меншим обсягом, але лише поблизу температури плавлення. Таблиця показує практичні відмінності, важливі під час вибору між ними.
| Властивість | Звичайна теплова маса | Матеріал зі зміною фази |
|---|---|---|
| Як накопичує тепло | Явне тепло в усьому температурному діапазоні | Приховане тепло у вузькій, фіксованій точці плавлення |
| Необхідний обсяг | Великий, зазвичай несучі кам'яні або бетонні конструкції | Малий, у вигляді плити або шару стяжки |
| Поведінка протягом року | Працює в кожну пору року, щойно маса встановлена | Працює лише тоді, коли температура перетинає точку плавлення |
| Сумісність із дерев'яним каркасом | Потребує окремого важкого шару, доданого до каркаса | Можна додати до наявного сухого облицювання |
| Вартість і постачання в Словаччині | Розвинений, знайомий ланцюг постачання | Нішевий продукт з вищою вартістю і меншою базою постачання |
PCM не замінює теплову масу в будинку, який уже є масивним. У легкому дерев'яному будинку він може додати частину буферного ефекту, якого інакше бракує, але добре затінений будинок з нічною вентиляцією зазвичай досягає більшого для комфорту влітку простішими засобами.
Чи варті PCM у словацькому житловому будівництві?
Для більшості словацьких будинків PCM не є першим заходом. Це нішевий і дорогий варіант, який рідко призначають у звичайній практиці. Перегрів влітку, проблему, для вирішення якої призначений PCM, гостріше відчувають у легкому будівництві з великим склінням, а найдешевші й найнадійніші рішення це зовнішнє затінення, розумна орієнтація вікон і нічна вентиляція. Ці заходи працюють незалежно від матеріалу, з якого збудовано будинок, і зупиняють тепло до того, як воно потрапить у приміщення, а не накопичують його вже всередині.
PCM має більший сенс у вужчому колі випадків:
- легкий будинок з великим південним або західним склінням, де неможливо встановити зовнішнє затінення, наприклад на захищеному фасаді;
- кімната на верхньому поверсі або переобладнаний мансардний простір, де вже заплановано модернізацію сухого облицювання;
- проєкт, у якому оцінка перегріву показує, що самих лише зовнішніх заходів недостатньо.
Розглядайте PCM як окрему статтю витрат, яка потребує обґрунтування. Перш ніж ухвалювати рішення, попросіть постачальника письмово надати діапазон плавлення, поведінку після повторюваних циклів і клас вогнестійкості.
Які поширені хибні уявлення про PCM?
Перше хибне уявлення полягає в тому, що PCM є ізолятором. Це не так. Він накопичує тепло, а не уповільнює його проходження, тому не замінює належним чином утеплену огороджувальну конструкцію.
Друге полягає в тому, що PCM працює сам по собі. Він поглинає тепло вдень і потребує прохолодного періоду вночі, щоб знову затвердіти. Якщо вночі в кімнаті залишається тепло, матеріал ніколи не відновлює свій ресурс і швидко перестає допомагати. Тому нічна вентиляція є частиною проєкту, а не необов'язковим доповненням.
Третє полягає в тому, що PCM усуває потребу в затіненні. Затінення зупиняє сонячні надходження біля вікна, тоді як PCM лише утримує тепло, яке вже потрапило всередину. Щойно накопичувач заповнився, зайве тепло просто залишається в кімнаті. Ці два заходи доповнюють один одного, а не є взаємозамінними, тому ризик перегріву влітку слід оцінити до того, як призначати будь-який PCM.
Часті запитання
- Чи знижує PCM температуру в приміщенні сам по собі?
- Сам по собі ні. PCM може зменшити піковість температури в приміщенні в спекотні дні, якщо його поєднувати із сонцезахисними пристроями та нічним провітрюванням, але він не охолоджує повітря. Ефект залежить від діапазону плавлення, кількості матеріалу та того, наскільки добре кімната охолоджується вночі.
- Який діапазон плавлення зазвичай мають будівельні PCM?
- Більшість будівельних продуктів розраховані на плавлення в діапазоні приблизно 20–30 °C, близько до комфортних температур у приміщенні. Точне значення відрізняється залежно від продукту, тож беріть його з технічного паспорта виробника, а не із загальної цифри.
- Чи можна додати PCM до існуючого будинку?
- Іноді. Плитні продукти можна використати під час ремонту, коли все одно замінюють внутрішню обшивку стін або стелі. Додавати його до вже готового інтер'єру окремо зазвичай недоцільно, спершу слід перевірити конструкцію та кріплення.
- Чи безпечний PCM на основі парафіну для житла?
- Парафін горючий, тому клас вогнестійкості продукту та протокольні документи випробувань важливі не менше, ніж його теплові характеристики. Інкапсульовані продукти утримують матеріал герметично в оболонці. Перевірте, чи монтажник дотримується інструкцій постачальника щодо кріплення.
- Чи дешевший PCM, ніж додаткове бетонування або мурування?
- Зазвичай ні, якщо порівнювати сам матеріал. PCM-продукти належать до спеціалізованого й дорожчого варіанта, тоді як бетонна та мурована маса є перевіреним і добре знайомим ринком. Реальне порівняння залежить від будинку та від отриманих вами пропозицій.