Tilbake til søkeresultatene

SHP-Strategiske høgskoleprogram

Micro-encapsulated phase change materials in concrete

Alternativ tittel: Betong tilsatt mikrokapsler med faseovergangsmaterialer.

Tildelt: kr 17,8 mill.

Energieffektive hus er avhengig av at man reduserer behovet for kjøling og oppvarming. På enkelte årstider blir dagtemperaturen mye høyere enn hva som er komfortabelt mens natt-temptemperaturen er for kald. Dette fører til et behov for kjøling på dagtid og oppvarming på natten, og derved bruker man unødvendig mye energi på å temperaturstabilisere inneklimaet. Ved å lagre varme-energien på dagtid for å bruke den til å holde temperaturen oppe om natten, kan man få langt mer energieffektive bygninger. Et materiale tar opp energi (varme) når det smelter, og temperaturen til materialet forblir konstant inntil det er fullstendig smeltet. Denne energien blir frigjort igjen når materialet størkner. Denne prosessen kan bli brukt til å stabilisere uønskede temperat urfluktuasjoner i bygninger, ved å bruke et faseovergangsmateriale (phase change material - PCM) som smelter ved en komfortabel innetemperatur. Ved å kapsle PCM inn i mikrokapsler, unngår man problemer som oppstår ved bruk av store volumer rent PCM. Disse mikrokapslene kan tilsettes til bygningsmaterialer, som f.eks. betong. Dette gir et "smart" materiale som er velegnet for passivhuskonstruksjoner. Det er imidlertid viktig å løse problemet med redusert materialstyrke som oppstår ved tilsats av PCM. PCM som ikke er kapslet inn kan ødelegge egenskapene til betongen. Det er derfor viktig at all PCM blir kapslet inn under synteseprosessen, og at mikrokapslene ikke går i stykker. Det er også viktig at det mikrokapslene og betongmatrisen binder seg til hverandre. Hvis ikke oppstår det luftlommer mellom mikrokapslene og betongen. Disse luftlommene reduserer betongstyrken, og de kan også hemme varmeoverføringen til mikrokapslene. Hvorvidt innkapslet PCM er i smeltet eller solid tilstand har liten innvirkning på styrken til geopolymerbetong, mens Portlandsement betong blir svakere når den varmes opp til over smeltepunktet til PCM. Tilsats av mikrokapsler har stor innvirkning på fyltegenskapene til betongblandingen før den herder, samt på herdetiden. Mikrokapsker med et hydrofilt skall har mye større påvirkning på flytegenskapene enn mikrokapsler med et hydrofobt skall, siden mer vann adsorberes på mikrokapsler med hydrofilt skall. I tillegg påvirker mikrokapslene reaksjonshastigheten til betongen. Hvilke reaksjonsprodukter som blir dannet under herding av betongen ser imidlertid ikke ut til å bli påvirket av tilsats av mikrokapsler. Tilsats av mikrokapsler med PCM til betong kan redusere energibehovet for oppvarming/nedkjøling med opp til 30% mens man samtidig beholder god nok betonngstyrke for bærende konstrukasjoner. Det er imidlertid viktig å utvikle brannresistente mikrokapsler, da betongkonstruksjoner med høyt innhold av mikrokapsler kan ta fyr under en brann.

Vi har opparbeidet oss en betydelig kompetanse angående faseovergangsmaterialer (PCM), og hvordan mikrokapsler som inneholder disse påvirker egenskapene til forskjellige betongtyper. Vi har også etablert oss innen området geopolymerbetong (som har et mye lavere CO2-avtrykk enn vanlig sement). Dette har ført til at vi nå jobber på et prosjekt sammen med ESA (European Space Agency) for å utvikle geopolymerbetong som kan 3D-printes på månen. 3 stipendiater har tatt sin doktorgrad innen dette prosjektet, og en fjerde stipendiat forventes å disputere i løpet av våren 2020. Prosjektet har ført til et betydelig internasjonalt samarbeid, også med institusjoner vi ikke har hatt slikt samarbeid med tidligere. Vår betydelige publiseringsvirksomhet innen faseovergangsmaterialer har ført til at vi har blitt invitert inn som samarbeidspartner på 5 H2020-søknader. Resultatene fra forskningsprosjektet er lovende, og vi ser nå på muligheter for å videreutvikle dette til noe som kan kommersialiseres.

Micro-encapsulated phase change materials can be added to concrete in order to minimize the temperature fluctuations inside buildings, and thereby reduce the need for heating and cooling. The thermal properties of these materials have been found to be ver y efficient. However, the few studies that have tested the strength of concrete that contains this kind of microcapsules have shown that the addition of microcapsules reduces the compressive strength of concrete. Although some speculations regarding the r eason for this reduced compressive strength has been put forward, very little is actually known about the mechanisms behind this. In this project we aim to discover these mechanisms, and thereby be able to optimize the combined mechanical and thermal prop erties of the concrete. This will be achieved by producing microcapsules with various sizes, shell thickness, shell compactness and shell materials, and characterize how these parameters affect both the other properties of the microcapsules (such as softn ess and tendency to rupture) and the compressive strength and thermal properties of concrete. This knowledge can be used to build more energy efficient buildings without adversely affecting their structural integrity. In addition, the through characteriz ation of the microcapsules will give us valuable new information about the interplay between the different particle characteristics and the properties of the microcapsules. This new knowledge will also be important for other fields where microcapsules are utilized, e.g., medical and pharmaceutical applications, and the food and cosmetic industry.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

SHP-Strategiske høgskoleprogram

Finansieringskilder