Integrazione in elementi di involucro edilizio esterno

Uno tra i più rappresentativi test sui PCM sugli edifici è quello condotto da Scalat in Canada [73]. Questo studio si basa sulla costruzione di un piccolo edificio costituito da due stanze in ambiente controllato al Centre for Building Studies alla Concordia University (CBS) di Montreal. Queste stanze hanno una lunghezza di 2290 mm, una larghezza di 2270 mm ed un’altezza di 2450 mm e sono state costruite nello stesso modo. Una parete normalmente isolata divide le due stanze Figura 3. 6. La parte interna delle pareti esterne ed il solaio di una delle due stanze sono state ultimate con l’utilizzo di un pannello di intonaco ordinario, nella seconda invece sia la parte interna delle pareti esterne che per il solaio si è utilizzato un pannello di intonaco impregnato con PCM. Le unità di condizionamento dell’aria sono stati installati in alto in ogni stanza

Figura 3. 6 - Configurazione del sito sperimentale

La selezione del PCM appropriato deve rispondere a determinate caratteristiche; anche in questo caso si è proceduto ad una selezione che prendesse in considerazione le caratteristiche fisiche, chimiche, termiche, cinetiche ed economiche. Il PCM utilizzato in questo progetto è stato una mistura del 50% di stearato di butile a del 48% di butyl palmitate. Tale mistura è stata prodotta in Canada dalla Henckel Canada sotto il nome di Emerest 2326. Si è quindi proceduto con impregnare la parete al 25,7%. Questo esperimento è stato condotto mantenendo le condizioni dell’aria circostante all’incirca sui 12 °C. In un primo momento si è proceduto mantenendo la temperatura della stanza a 26 °C per 24 ore. Successivamente si è spento il sistema di riscaldamento e si è continuato a monitorare i valori della temperatura nelle due stanze per le successive 24 ore. Ciò che si è notato in questo studio, è che nella stanza con PCM dopo aver spento il sistema di riscaldamento si è registrata una temperatura superiore ai 16 °C (temperatura ritenuta di comfort nelle ore notturne) per le successive 35,5 ore con un incremento del 135% rispetto alla stanza senza PCM che invece mantiene una temperatura superiore ai 16 °C per 15,1 ore. Si è anche osservato, come similarmente, se la stanza con pareti ordinarie viene riscaldata a 24 °C , avendo fissato una temperatura ambiente minima di 18 °C, manterrà una temperatura superiore al minimo per circa 8,5 ore a differenza della stanza con PCM che invece riesce a mantenere una temperatura superiore ai 18 °C per circa 18 ore, con un incremento del 121 %. Nel caso di raffreddamento si nota invece,

115 come la stanza con pareti ordinarie passi da una temperatura di 16 °C ad una di 22 °C in 27,2 ore, diversamente da ciò che si è riscontrato nel caso di stanza con PCM in cui si è registrato un lasso di tempo di 50 ore. Il tempo richiesto per innalzare la temperatura dai 18 °C ai 22 °C per la stanza senza PCM è di 24,1 ore, mentre per la stanza con PCM è di 45, 6 ore. Ciò dimostra come nel caso di raffreddamento le pareti con PCM garantiscano un incremento dell’84% nel mantenere la temperatura più vicina possibile a quella di benessere notturna, e dell’89% per innalzare la temperatura della stanza fino ai 22 °C.

Tabella 3. 5 - Sommario dei risultati

Allo scopo di avere una ampia e puntuale visione sull’utilizzo dei PCM integrati in elementi di involucro lungo le stagioni di condizionamento si riporta un esperimento condotto in inverno nel nord-est della Cina [74]. I pannelli di PCM sono stati incorporati in degli ordinari muri. Si è posto sotto le stesse condizioni climatiche due stanze, una con PCM e l’altra senza, le si è studiate e paragonate. Da ciò si è potuto notare come l’impiego del PCM apporti notevole confort termico alla stanza che ne è provvista. L’esperimento ha avuto sede a Shenyang, nel nord-est della Cina, dove le 4 stagioni sono chiaramente distinte; lo studio è stato condotto in inverno (da metà Novembre a Marzo dell’anno successivo). Il tipo di PCM usato da Shilei è stata una miscela di capric acid e lauric acid miscelati nelle proporzioni di 82 a 18 %. Tale mistura è stata testata in DSC (Calorimetria differenziale a scansione) dal Changchun Institute of Applied Chemistry of Chinese Academy Sciences. La temperatura di fusione e quella di solidificazione del PCM risultano rispettivamente di 20,394 e di 19,138 °C, valori che rientrano in quelli di comfort invernale. Ci sono molti materiali da costruzione come l’intonaco, il cartongesso, il cemento, che possono essere combinati col PCM. Dopo aver analizzato e comparato i vari materiali, è stato determinato che l’intonaco è il più poroso, caratterizzato dal 40% del volume di aria e quindi più facilmente predisposto ad assorbire il PCM. In aggiunto, l’intonaco è leggero, poco costoso, conveniente e facile da lavorare e può essere isolato acusticamente e ignifugo. Per lo studio è stato scelto il Mount Thai, un intonaco di 9,5 mm. E’ stato necessario tenere in ammollo per circa 6-10 minuti il pannello in intonaco nel PCM liquido. Il PCM assorbito dall’intonaco è stato circa del 26 % del peso totale. Il nuovo pannello di intonaco con il PCM è contraddistinto da una melting temperature di 18,491 °C e da una frozen temperature di 18,587 °C; la melting latente heat è invece di 39,126 J/g mentre la frozen latent heat è di 36,965 J/g; entrambe queste misure provano che la grande capacità di assorbire calore latente da parte del PCM.L’esperimento sulla stanza con l’impiego di PCM è stato condotto dopo aver effettuato lo studio della stessa con muri ordinari. La stanza sperimentale ha dimensioni di 5 m x 3,3 m x 2,8 m con finestre di 1,5 x 1,5 m (Figura 3. 7).

Tipi di utilizzo Wallboard impregnated PCM 25,7% 50% BUTYL STEARATE 48% BUTYL PALMITATE

(Registrato come Emerest 2326 dalla Henckel Canada) Melting temperature 21 °C

72 ore totali

▪ 24 ore (T costante 24-26 °C) ▪ 48 ore (Turned off) T= 16 °C per 35,5 h ( +135 % ) T> 18 °C per 18,8 h ( +121 % ) Cooling performance T<22 °C per 50 h ( +89% )

Tipo di PCM

Tempo dell'esperimento

116 Figura 3. 7 - Configurazione del sito sperimentale

La stanza è stata riscaldata da 2040 W tramite una membrana posta nel solaio, sopra la quale è stato posto un sottile strato di lana di vetro di circa 40 mm di spessore come strato termoisolante. Un altro strato di lana di vetro con 150 mm di spessore è stato posto nella stanza per rendere la stessa ed il soffitto isolate dal calore. La camera è stata ulteriormente dotata di un condizionatore per miscelare l’aria interna. In un primo momento, la stanza con i muri ordinari è stata testata per tre giorni continui. Successivamente, con le stesse condizioni climatiche esterne, la stanza è stata studiata con l’utilizzo del pannello in PCM per lo stesso lasso di tempo. Durante il test, la membrana elettrica posta nel solaio è stata posta in funzione, a pieno regime. Poiché la temperatura di transizione del pannello in PCM si trova nel range di temperature interne di design in periodo invernale, quando la temperatura interna è più alta della temperatura di transizione, il PCM nel pannello passa dallo stato solido al liquido assorbendo il surplus di calore nella stanza. Al contrario, quando la temperatura interna è più bassa della temperatura di transizione, il pannello in PCM rilascia calore ed aumenta la temperatura interna.

Figura 3. 8 - Confronto dell’andamento della temperature del parete con e senza PCM

La figura soprastante mostra la curva delle temperature interne alla stanza in tre giorni continui sperimentata sia in relazione ai muri ordinari, sia in relazione ai muri con PCM. E’ possibile notare come le temperature interne nella stanza senza PCM ha una fluttuazione termica tra i 19 °C ed i 24 °C, mentre quella con i PCM varia tra i 18.5 °C ed i 22°C. Nell’esperimento sulla stanza senza PCM, la massima variazione termica che è stata registrata è di 3,74 °C nei tre giorni, nel giorno più caldo, ma la massima oscillazione nella stanza con PCM è di 2,59 °C, circa 1, 15 °C meno rispetto alla stanza senza PCM.

117 Tabella 3. 6 - Sommario dei risultati