Lämmön varastointi talon rakenteisiin

Energian varastointi talon rakenteisiin perustuu lämpökapasiteettiin ja lämmön sopivaan johtumiseen massiivisissa rakenteissa, joita ovat muun muassa harkko, tiili tai betoni. Raskaista materiaaleista rakennettu massa (välipohjat, pilarit, seinät) riittää yleensä tasoittamaan vuorokauden aikaisia lämpötilanvaihteluja.

Rakennuksen massa pystyy siis varastoimaan riittävästi esimerkiksi päivän aikana ikkunoiden kautta sisätiloihin lankeavaa aurinkoenergiaa, jotta lämpötilat pysyvät hyväksyttävinä yölläkin ilman lämmittämistä. Käytännön sovelluksissa lämmön varastointi talon rakenteisiin on aurinkoenergian passiivista hyödyntämistä.

Kivivaraaja

Kivivaraajia käytetään yleensä ilmakiertoisissa lämmitysjärjestelmissä. Lämpöä siirretään ilman avulla ja lämmennyt ilma luovuttaa energiaansa kivivaraajaan samalla kun se itse jäähtyy. Tämä edellyttää mahdollisimman hyvää kosketusta ilman ja kivien välillä sekä ilman tasaista kulkua kivivaraston kautta. Lyhytaikaisessa varastoinnissa kivien optimaalinen koko on noin 20–50 millimetriä ja ilman kulkutien pituus kivien lomitse enintään 3 metriä.

Latausvaiheessa ilma kuljetetaan ylhäältä alas kivivaraajan kautta. Tällä tavalla korkeimmat lämpötilat pysyvät varaajan yläosassa, mutta lämpöä siirtyy myös alempiin kerroksiin. Lämmön purkamisen täytyy tapahtua päinvastaiseen suuntaan alhaalta ylös, jolloin ilma saadaan ensin esilämmitetyksi alemmissa kerroksissa ja sitten tehokkaasti lämmitetyksi pintakerroksessa.

Faasimuutokseen perustuva varaaja (sulamislämpövaraaja) Lähes kaikki aineet muuttavat olomuotonsa määrätyissä lämpötiloissa. Olomuodon muutos sitoo tai luovuttaa energiaa. Sulaessaan jää sitoo eli ottaa ympäristöstään energiaa. Vastaavasti jäätyessään se luovuttaa energiaa. Sama ilmiö havaitaan nesteen muuttuessa edelleen kaasuksi (veden kiehuminen) ja kaasun tiivistyessä vedeksi. Aineissa tapahtuu faasimuutos, mikä tarkoittaa aineen sisäisen rakenteen muuttumista. Aineet, joiden sulamislämpö on suuri ja sulamispiste lähellä lämmitysjärjestelmän tarvitsemia lämpötiloja, soveltuvat parhaiten lämmön varastoimiseen. Lisäksi näille aineille asetetaan useita teknisiä vaatimuksia. Sulamisen tulisi tapahtua tasaisesti ja olomuodon muutosprosessin toistua lukemattomia kertoja. Veden sulamislämpö on melko suuri, mutta sen sulamispiste 0 °C ei sovellu lämmitystarkoituksiin. Glaubersuolan muodonmuutoslämpötila 32 °C on sopiva, mutta reaktio uudistuu vain osittain. Se saadaan kuitenkin hallintaan sopivien lisäaineiden avulla.