Honderd jaar geleden plaatste men al donkere stenen wanden in gebouwruimtes achter glas, om zo de warmte van de zon langer vast te houden. Een team van de faculteit Bouwkunde stak deze 'trombe-wand' in een modern jasje.
Een trombe-wand kan zorgen voor veel lager energiegebruik van gebouwen. In onderzoeksproject DoubleFace 2.0 blazen hypermoderne technieken deze stokoude warmteregelingsmethode nieuw leven in.
Het lichtdoorlatende, 3D geprinte DoubleFace 2.0 gebruikt aerogel als isolator en 'phase changing material' (PCM) als materiaal dat warmte buffert. Het PCM gaat door opwarming over in de vloeibare fase, waardoor meer licht doordringt, en geeft de warmte weer af wanneer het stolt. “De wand vangt in de winter de warmte van de zon op en slaat deze op in het faseveranderende materiaal,” vertelt onderzoeker Martin Tenpierik. “Doordat het systeem roteert kan het de warmte 's avonds afgeven aan de ruimte erachter.”
Maximale hoeveelheid energie
Met collega Michela Turrin doet Tenpierik al jaren onderzoek naar perfectionering van de tweezijdige elementen. Na eerdere computersimulaties deden ze de afgelopen twee jaar met een STW-subsidie uitgebreide tests. Daarbij bestudeerden zij aan de hand van de warmtestromen hoe de wand de maximale hoeveelheid energie kan opvangen en afgeven zonder dat het materiaal oververhit raakt. Het leidde tot het ontwerp van een prototype van 80 x 240 centimeter. Een robotarm printte de complexe geometrie van de wand uit transparant PET-G – een soort drinkflessenplastic. In verband met de omvang gebeurde dat in drie stapelbare elementen. De voor- en achterzijde van de wand zijn gescheiden. De ene zijde wordt gevuld met een 2,5 centimeter dikke laag faseveranderend materiaal, de andere zijde met 1 centimeter translucente aerogel.
Om te voorkomen dat het PCM gaat circuleren wanneer het door opwarming vloeibaar wordt, zijn de elementen in de hoogte gesegmenteerd. Ter vergroting van de warmteafdracht heeft het oppervlak van de elementen bovendien een reliëf. De wand is bovendien dikker aan de bovenzijde, omdat de warmte zich daar concentreert, en aan de onderzijde, omdat daarop de meeste zon valt. Gaten middenin de panelen geven vrij zicht.
Zouthydraat
Als PCM gebruikten de onderzoekers zouthydraat. Dat heeft een lage smelttemperatuur van 23 á 27 graden Celsius en is bovendien betaalbaar, onbrandbaar en recyclebaar. In het Nederlandse klimaat levert de moderne trombe-wand zo'n 36 procent energiebesparing op verwarming op, blijkt uit onderzoek in verschillende gebouwtypes. DoubleFace kan een soortgelijke energiebesparing op koeling opleveren tijdens zomerse hitte. De tweezijdige wand wordt dan alleen andersom gepositioneerd.
Grootschalige marktintroductie laat nog op zich wachten, ondanks de goede prestaties. Vooral het 3D printen is kostbaar, massaproductie met maltechniek kan daarin verandering brengen. “Een lowtech oplossing met gestapelde PET-flessen is ook denkbaar,” zegt Tenpierik. Een lichtgewicht variant in de vorm van een tweezijdig gordijn of luxaflex is een andere optie die wordt onderzocht.
Het 3D geprinte prototype is momenteel te bewonderen in het Office Lab op het terrein van the Green Village. De trombe-wand is hier uitgerust met temperatuur-, warmtestroom- en luchtsnelheidssensoren voor nadere tests. De 2,40 meter hoge constructie is opgehangen aan een geïntegreerd systeem, waardoor ook getest kan worden hoe DoubleFace binnen bestaande systemen zou kunnen worden ingezet. Tegelijkertijd wordt de waardering van gebruikers van de ruimte vastgelegd. Over de periode van een half jaar worden de nodige data verzameld.
Michela Turrin
