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. / Hoy en día, la demanda de energía para satisfacer el confort térmico en edificación es
uno de los mayores desafíos para las administraciones. Por lo tanto, la eficiencia de
los diferentes sistemas de almacenamiento de energía está siendo intensamente
investigado por la comunidad científica. Una alternativa viable es el uso de materiales
de cambio de fase (PCM). La parafina ha sido muy usada como PCM debido a su alta
capacidad de almacenamiento de calor (alrededor de 100-130 kJ·kg-1) y a su baja
temperatura de fusión la cual es muy estable. Además, el consumo de energía y las
oscilaciones de la temperatura internas se pueden reducir cuando un PCM se
incorpora en envolventes de edificios.
El objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de nuevos materiales que contengan
PCM basándose en el estudio del proceso para obtener la correcta introducción del
PCM. Además, las propiedades termofísicas de estos nuevos materiales se debe
conocer y por tanto caracterizar a nivel de laboratorio. Esta tesis doctoral se centra en
los trabajos publicados en revistas científicas con alto factor de impacto indexados en
el campo de Energía los cuales reflejan el trabajo realizado. Por otra parte, esta tesis
contiene una revisión del estado del arte destacando los requisitos para un PCM y lista
todos los tipos de PCM comercializados y utilizados en investigación.
Por otra parte, un nuevo concepto de material compuesto que incorpora PCM ha sido
desarrollado en esta tesis. Este compuesto tiene la matriz polimérica, e incluye un
residuo del proceso de reciclaje de acero. De este modo se obtienen láminas densas
moldeables. La fabricación de este material podría considerarse un método para la
reutilización de este residuo. Por otra parte, este tipo de residuos contiene óxidos de
metales pesados que aumentan las propiedades de aislante acústico de la lámina
consiguiendo mejorar el resultado final de la solución constructiva. Además, el
comportamiento termofísico de los materiales compuestos utilizados en edificios es
difícil de caracterizar y el análisis térmico de los PCM es un paso necesario para el
diseño de los mismos. Las dos primeras caracterizaciones termofísicas estudiadas en
esta tesis se realizaron mediante calorimetría diferencial de barrido que es una de las
técnicas más potentes disponibles actualmente. tres estudios más fueron realizaron
con dispositivos desarrollados por diferentes grupos de investigación en España con el
fin de medir las propiedades termofísicas de los materiales compuestos o materiales
multicapa que incorporan PCM. / Nowadays, energy demand to satisfy thermal comfort in buildings is one of the major
challenges for governments and administrations. Therefore, energy storage system
efficiency is being studied by the international scientific community. A feasible
alternative is the use of phase change materials (PCM). Paraffin waxes have been
used as PCM because of their high heat storage capacity (around 100-130 kJ·kg"1) and
their low and stable melting temperature. Furthermore, the energy consumption and
indoor oscillations temperature may be reduced when PCM is incorporated in building
envelopes and the thermal inertia increment when PCM is combined with thermal
insulation was widely studied.
The main objective of this thesis is the development of new materials containing PCM
based on the study of process to get the correct PCM introduction. In addition,
thermophysical properties of these new materials must be characterized. In order to
perform the characterization, it was used several developed devices. This PhD thesis is
based on papers published in scientific journals with high impact factor in the Energy
field and one patent that reflect the work performed.
This thesis contains a review of the state of the art highlighting the requirements order
to a certain PCM and lists and sorts all PCM available in the market and used in
research. On the other hand, a new concept of composite material incorporating PCM
is developed in this thesis. This composite has polymeric matrix and includes one
waste from the steel recycling process obtaining mouldable dense sheets. The
manufacture of this material is considered a way to reuse the waste. Furthermore, this
waste contains heavy metals oxides which add acoustic insulation properties to the
final constructive system. One patent and two papers are the main result.
Moreover, thermophysical behaviour of composite materials used in buildings
envelopes is difficult to characterize. In addition, PCM thermal analysis is a necessary
step of building design as well as it will be a key point in the final thermal results of the
envelope. The first two thermophysical characterizations studied in this thesis were
performed using differential scanning calorimetry which is one of the most powerful
techniques. Three more studies were performed using devices developed by different
research groups in Spain in order to measure thermophysical properties of composite
materials or multilayered materials incorporating PCM.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UDL/oai:www.tdx.cat:10803/123749 |
| Date | 12 July 2013 |
| Creators | Barreneche Güerisoli, Camila |
| Contributors | Cabeza, Luisa F., Fernández Renna, Ana Inés, Universitat de Lleida. Departament d'Informàtica i Enginyeria Industrial |
| Publisher | Universitat de Lleida |
| Source Sets | Universitat de Lleida |
| Language | English |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | 97 p., application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs. |
Page generated in 0.0034 seconds