Development and characterization of new materials incorporating phase change materials (PCM) for thermal energy storage (TES) applications in buildings

Résumé

Actualment, la demanda d'energia per satisfer el confort tèrmic en edificació és un dels majors reptes per a les administracions. Per tant, l'eficiència dels diferents sistemes d'emmagatzematge d'energia s està investigant intensament per la comunitat científica. Una alternativa viable és l'ús de materials de canvi de fase (PCM). Les parafines han estat molt utilitzades com PCM per la seva alta capacitat d'emmagatzematge de calor (al voltant de 100-130 kJ·kg-1) i la seva baixa temperatura de fusió la qual és molt estable. A més, el consum d'energia i les oscil·lacions de la temperatura internes d'edificis es poden reduir quan un PCM s'incorpora en evolvents. L'objectiu principal d'aquesta tesi és el desenvolupament de nous materials que continguin PCM basant-se en l'estudi del procés per obtenir la correcta introducció del PCM dins el material. A més, les propietats termofísiques d'aquests nous materials s'han de conèixer i per tant caracteritzar a nivell de laboratori. Aquesta tesi doctoral se centra en els treballs publicats en revistes científiques amb alt factor d'impacte indexats al camp de l Energia els quals reflecteixen treball realitzat. D'altra banda, aquesta tesi conté una revisió de l'estat de l'art destacant els requisits per a un PCM i llista tots els tipus de PCM disponibles al mercat i utilitzats en investigació. D'altra banda, un nou concepte de material compost que incorpora PCM ha estat desenvolupat en aquesta tesi. Aquest compost té la matriu polimèrica, i inclou un residu del procés de reciclatge de l acer. D'aquesta manera s'obtenen làmines denses que es poden modelar. La fabricació d'aquest material podria considerar-se un mètode per a la reutilització d'aquest residu. D'altra banda, aquest tipus de residus conté òxids de metalls pesants que augmenten les propietats d'aïllant acústic de la làmina aconseguint millorar el resultat final de la solució constructiva. A més, el comportament termofísico dels materials compostos utilitzats en edificis és difícil de caracteritzar i l'anàlisi tèrmica dels PCM és un pas necessari per al disseny dels mateixos. Les dues primeres caracteritzacions termofísiques estudiades en aquesta tesi es van realitzar mitjançant corbes calorimètriques que és una de les tècniques més potents disponibles actualment. tres estudis més van ser van realitzar amb dispositius desenvolupats per diferents grups d'investigació a Espanya per tal de mesurar les propietats termofísiques dels materials compostos o materials multicapa que incorporen PCM.