Fase overgangsmateriaal

Phase change materials (PCM)

PCM staat voor Phase Change Materials (faseovergangsmateriaal). Dit zijn materialen waarvan de faseverandering (van vast naar vloeibaar en van vloeibaar naar vast) wordt gebruikt om warmte op te slaan en af te geven. Kortom: in PCM’s wordt warmte opgeslagen voor later gebruik in een cycli van 24-uur.

Hoe slaat PCM energie op?

Energieopslag wordt steeds belangrijker binnen duurzame energie en energie-efficiënt bouwen. In plaats van energie direct te gebruiken, wordt deze tijdelijk opgeslagen zodat deze later kan worden ingezet wanneer dat nodig is. Dit helpt om piekbelasting te verminderen en energie slimmer te benutten. Een veelgebruikte vorm is warmteopslag. Hierbij wordt warmte, bijvoorbeeld van de zon of van apparatuur, opgeslagen en later weer afgegeven. Dit werkt als een soort thermische accu: overdag wordt warmte opgeslagen en ’s nachts weer vrijgegeven. Phase Change Materials (PCM) spelen hierin een belangrijke rol. Deze materialen slaan warmte op tijdens een faseovergang. Dit gebeurt bij een vaste temperatuur, waardoor ze zeer geschikt zijn voor toepassingen waar een stabiel binnenklimaat nodig is. Door deze techniek kan het energieverbruik voor verwarming en koeling aanzienlijk worden verlaagd.

Hoe werkt PCM?

De werking van PCM is gebaseerd op het opnemen en afgeven van warmte tijdens een faseovergang. Wanneer de temperatuur stijgt tot het smeltpunt van het materiaal, neemt het PCM warmte op en smelt het. Hierdoor blijft de temperatuur in de ruimte langer stabiel en wordt oververhitting voorkomen. Wanneer de temperatuur weer daalt, stolt het materiaal en geeft het de opgeslagen warmte af. Dit zorgt juist voor een verwarmend effect. Deze cyclus van smelten en stollen kan zich continu herhalen zonder dat het materiaal zijn werking verliest. Een belangrijk voordeel is dat PCM veel energie kan opslaan zonder dat de temperatuur zelf sterk verandert. Hierdoor is het zeer effectief voor het stabiliseren van temperaturen in ruimtes en systemen.

PCM Techniek

Natuurkunde achter PCM

Het bekendste PCM-materiaal ter wereld is water. Water kan, afhankelijk van de temperatuur van de omgeving, in drie vormen voorkomen: vast, vloeibaar en gas. Wanneer water van vloeibaar naar vast gaat, verandert het in ijs. In deze vaste toestand heeft het warmte opgeslagen bij een temperatuur van 0 graden Celsius. Deze opgeslagen warmte (of juist koude) kun je gebruiken om iets te koelen rond dat punt.

Technische materialen maken gebruik van hetzelfde principe van smelten en stollen. Deze worden Phase Change Materials (PCM’s) genoemd. Het verschil is dat deze materialen een faseovergang hebben bij een specifieke, vooraf gekozen temperatuur. Daardoor kunnen ze precies smelten en stollen op het moment dat wij willen.

Veelgebruikte temperaturen voor PCM’s zijn bijvoorbeeld +8, +18, +23 en +35 graden Celsius. Er bestaan ook PCM’s die onder de 0 graden werken. Deze helpen bijvoorbeeld om de belasting van koelingen of vriezers te verlagen tijdens warme dagen, wat zorgt voor minder piekverbruik. PCM’s worden daarom veel toegepast in situaties waarin ruimtes, processen of producten op een constante temperatuur moeten blijven.

De techniek achter PCM

De techniek achter PCM richt zich op het ontwikkelen van materialen met een nauwkeurig gekozen faseovergangstemperatuur. Vaak worden hiervoor anorganische zouten gebruikt, die veilig, stabiel en niet brandbaar zijn.

Deze materialen worden verwerkt in verschillende toepassingen, zoals panelen voor plafonds, matten voor vloerverwarming of geïntegreerde oplossingen in wanden. Ook in datacentra wordt PCM toegepast om warmtepieken op te vangen en apparatuur te beschermen tegen temperatuurschommelingen.

Daarnaast kunnen PCM’s in verschillende vormen worden geleverd, zoals vloeistof, poeder of granulaat. Hierdoor zijn ze flexibel inzetbaar en geschikt voor maatwerkoplossingen. Temperatuur bereiken kunnen variëren van ongeveer -15 tot +85 graden Celsius, afhankelijk van de toepassing.

Voordelen PCM

PCM biedt veel voordelen op het gebied van energieopslag en klimaatbeheersing. Zo kunnen deze materialen tot wel 36 keer meer warmte opslaan dan traditionele bouwmaterialen zoals beton. Ook is de warmteoverdracht tot ongeveer 15 keer efficiënter, wat zorgt voor een snellere reactie op temperatuurveranderingen. Door gebruik te maken van natuurlijke temperatuurverschillen tussen dag en nacht, vermindert de behoefte aan actieve koeling en verwarming. Dit leidt tot lagere energiekosten en minder CO₂-uitstoot. Daarnaast zorgen PCM’s voor een stabielere binnentemperatuur, wat het comfort in gebouwen verhoogt. De materialen zijn duurzaam, vaak herbruikbaar en kunnen bijdragen aan certificeringen zoals Cradle to Cradle. Ook zijn PCM-oplossingen ruimtebesparend, omdat er minder grote installaties nodig zijn. Dit maakt ze geschikt voor uiteenlopende toepassingen, van woningen en kantoren tot datacentra en industriële processen.