Phase change materials performance at radiant floor heating systems for building purposes study = Estudio del comportamiento de los materiales de cambio de fase en sistemas de calefacción por suelo radiante de aplicación en construcción

摘要

AbstractRecent research in the field of building materials has led to focus on phase change materials (PCMs). These materials allow theadjustment between energy demand and supply of the climate control systems by storing. Experiments were carried out toinvestigate the feasibility of using heat storage materials (with PCM addition), placed as one of the flooring layers over radiantfloor heating system. In this study, paraffin wax ASTM D 87 (mp 53-57ᵒC) has been added directly during the mixing stage as aPCM, used in mixtures with various contents of paraffin (0.75%, 1.5%, 2.5% with respect to the weight of cement. It was alsoproduced a none paraffin content specimen) and 0.45 water/cement ratio cement mortar. The experiments have been carried outinside of a completely isolated thermal box in which a heating system has been arranged and a measurement equipment for thetemperature record. Every experiment consist on four stages that complete the full process of charging the energy storage mortarspecimens, by heating the system fluid, and its subsequent progressive discharge after the heating source is off. While testing eachspecimen different temperatures have been collected: environment temperature outside the thermal box, indoor air temperature,surface temperature of each specimen with the corresponding PCM content, inlet and outlet fluid temperature inside heating systempipe. After carrying out every specimen test it is notice that PCM addition to cement mortar floor layer over the heating system iseffective, the more proportion of paraffin added the most appropriate, since it takes a longer period of time to release storage heatduring the phase change. Paraffin is an organic material easy to add to the cement mortar porous composition not adverselyaffecting material resistance, and it has the power to store energy as latent heat by phase changing.ResumenLas investigaciones en el campo de los materiales de construcción en los últimos años han llevado al estudio de materiales decambio de fase (PCMs). Éstos permiten adaptar los periodos de suministro a los de demanda energética en sistemas declimatización, mediante la acumulación de energía. El objeto de los ensayos llevados a cabo en este trabajo es el estudio de laviabilidad del uso de materiales acumuladores de energía (mediante adición de PCM) como una de las capas de solado sobre lossistemas de calefacción por suelo radiante. En este estudio se trabaja con cera de parafina ASTM D 87 (mp 53-57ᵒC) integrada enpolvo de forma directa en diferentes proporciones (0.75%, 1.5%, 2.5% en peso de PCM y una probeta Control sin contenido dePCM) a una mezcla de mortero de cemento con relación agua/cemento 0.45, obteniendo cuatro probetas distintas a ensayar. Losexperimentos se han llevado a cabo en el interior de una Casa térmica totalmente aislada en la que se instaló un sistema decalefacción por suelo radiante y un equipo de medida para el registro de la temperatura. Cada ensayo se compone de cuatroetapas que forman el proceso completo de carga del mortero acumulador de energía, calentando el fluido calefactor, y su posteriordescarga progresiva una vez que la fuente de calor ha sido apagada. Durante los ensayos se recogieron temperaturas: en elexterior de la habitación, en el interior de la misma, sobre la superficie de cada probeta con la correspondiente proporción dePCM, y en el tubo de calefacción a la entrada y salida del agua. Tras llevar a cabo los ensayos sobre cada una de las probetas seobserva que la adición de PCM al mortero de cemento formando parte del solado sobre el sistema de calefacción resulta eficaz,siendo la mayor proporción de parafina añadida la más adecuada, ya que desprende al ambiente más lentamente el caloracumulado durante el cambio de fase. La parafina es un compuesto orgánico que se puede impregnar en la estructura porosa delos materiales como el mortero de cemento, sin afectar a su resistencia, y tiene la capacidad de almacenar energía mediante sucambio de estado, en forma de calor latente.