Een slim warmtebuffervat (PCM-buffervat) maken

Goedkopere woningverwarming

Tijdens uren met goedkope elektriciteit warmte opslaan in een buffervat met water. Deze opgeslagen warmte gebruiken op momenten wanneer elektriciteit duurder is.
Op deze manier zijn energiekosten te bersparen, wordt het elektriciteitsnet minder belast en is het een noodvoorraad aan warmte voor de eerste 72 uur wanneer een warmte- of elektriciteitsnet uitvalt.

In plaats van flink verwarmd water, zoals 60 C of 70 C kan dat ook met bepaalde zouten bij minder hoge temperaturen zoals 30 C. Deze zouten (zogenaamde faseovergangsmaterialen, PCM) kunnen veel warmte opslaan.
En laten dan een warmtepomp efficiënter en goedkoper werken.

Een buffervat met PCM kan op verschillende manieren worden toegepast:
- Met een radiateur in een WTW-kanaal om de binnenkomende lucht te verwarmen of koelen.
- Op het (vloer)verwarmingscircuit om de woning te verwarmen.
- Of als zelfstandige unit met een radiateur en een ventilator als luchtverwarmer of luchtkoeler.

Veel warmte opslaan bij lage temperaturen (18C, 30C) kan met PCM-zouten.
 PCM zouten zijn zouten die water opnemen en afstaan, alsof het een spons is.
Als ze water hebben opgenomen kunnen ze bevriezen en ontdooien bij een vaste temperatuur. Daarvoor is warmte nodig (opslaan) of kan het warmte afstaan.
Andere zouten, zoals gewoon keukenzout, zijn meer als stenen: ze nemen geen water op en kunnen daarom geen warmte op die manier opslaan.
Zulke zouten kunnen niet als PCM werken — ze lossen in water alleen maar op, zonder warmte op te slaan.
Een pcm-buffervat kan 5 tot 10 keer minder kosten dan een thuisbatterij en heeft geen schaarse materialen nodig.
Heeft veel minder isolatie nodig dan een boiler en is makkelijker op te warmen omdat het geen hoge temperaturen nodig heeft.


Grenzen aan PCM-zouten.
Calciumchloride (CaCl2.6H2O) is met strotiumchloride (SrCl2) zeer effectief, maar helaas is SrCl2 duur en zijn er geen dikkingsmiddelen tegen fase-scheiding die lang mee gaan door reacties (Ca2+ verbindingen).
-> accepteer supercooling, forceer nuclatie door lokale koude plekken te maken, verminder fase-scheiding door regelmatig minimaal 1 uur lang 40 C te verwarmen. Kaliumcholride is goedkoop, voeg die wel 2% toe tegen fase-scheiding.

Aanleiding

Er zijn nog niet veel PCM oplossingen die passen bij warmtepompen in het temperatuurbereik van 18 C of 30 C
respectievelijk als buffervat oplossing bij een WTW als luchtverwarmer of voor vloer- en ruimteverwarming.
Wel te koop zijn vrij dure varianten van 46 tot 58 C. Maar daarbij presteert een warmtepomp qua COP waarde niet optimaal.
Deze 46 C tot 58 C PCM's passen meer bij zonneboilersystemen, bij e-boilers om op een effectieve manier overtollige energie te gebruiken. Maar zijn beiden minder efficient en dragen niet veel bij aan lage energiekosten in de winter.

Ten tweede: zouten als PCM kunnen vrij goedkoop zijn, maar hebben vaak dure addiatieven nodig voor een langdurige goede werking.
Ten derde: zouten zijn vaak corrosief voor de meeste metalen waardoor metalen behuizingen en warmtewisselaars niet inzetbaar zijn.
Ten vierde: voldoende grote warmte-opslag om dure en vooral schaarse energie in de winter te vermijden, tijdens zogeheten dunkelflaute dagen, heeft veel baat van PCM die werkt voor ruimteverwarming aangezien dan een veelvoud aan energie nodig is ten opzichte van andere dagen.

Deze website toont experimenten voor deze 4 uitdagingen.
Om te komen tot praktische oplossingen na theoretisch onderzoek om niet af te dwalen en geen dubbele dingen te doen.
En toont de berekeningen en bronnen voor transparantie.
In het bijzonder experimenten met PVC als behuizing ondanks dat deze minder goed temperatuur geleidend is.
Experimenten met superabsorberende stoffen als alternatief voor de dure addiatieven om zouten goed te laten werken bij 18 en 30 C.
Voor schaalbare oplossingen in buffervaten, tanks of kelders voor de warmtevraag van meerdere dagen van een woning of woonblok.

Om tot een selectie van PCM's voor 18 tot 30 C te komen, vooral o.b.v. veiligheid, energie-inhoud en kosten, zijn bronnen gebruikt, zoals:
- A review of salt hydrates for seasonal heat storage in domestic applications, TUe, 2017
- Performance and Stability of CaCl2·6H2O-Based Phase Change Materials, 2019
- Inorganic salt hydrate for thermal energy storage application: A review, 2020
- Optimization of Preparation Method, Nucleating Agent, and Stabilizers for Synthesizing Calcium Chloride Hexahydrate (CaCl2.6H2O) Phase Change Material, 2022
- The role of chemical additives to the phase change process of CaCl2.6H2O to optimize its performance as latent heat energy, storage system, 2016

Eenvoudige uitleg en rekenvoorbeeld

voor een doe‑het‑zelf pcm-buffervat die de inkomende ventilatielucht koelt of verwarmt.

Een WTW pcm-buffervat haalt warmte uit de ventilatielucht of geeft die warmte af zodat temperatuurschommelingen worden afgevlakt van het ventilatiesysteem. Een pcm-buffervat is te maken met bepaalde zouten, parafinne en andere materialen die bijvoorbeeld bij 18°C, 32°C, 50°C warmte kunnen opslaan en heten ook wel PCM materialen.
Een PCM heeft bij een bepaalde temperatuur veel energie nodig om van vaste stof naar vloeistof te veranderen (dit heet fase-overgang: net als ijs smelten). En andersom waarbij dan komt de energie vrij komt (stollen, net als water bevriezen).
Een pcm-buffervat opwarmen kan met een warmtepomp of warmtepanelen. Echter dat wordt hier niet nader toegelicht omdat dit dan ook aan legionella eisen moet voldoen en zo mogelijk keuring nodig heeft. De pcm-buffervat op deze website gaat uit van warmteopslag bij 18°C waarbij geen legionella gevaar bestaat en de aanname dat een goedwerkende WTW geen warmte van meer dan 25°C de woning in blaast.

Waarom zou je dit willen?

Hoe werkt een WTW pcm-buffervat?

  1. Een radiateur hangt vóór het toevoerrooster waar de WTW de woning inblaast.
  2. Deze is aangesloten op een pcm-buffervat (bijv. op basis van natriumsulfaat) die warmte opslaat of afgeeft, afhankelijk van het temperatuurverschil tussen de WTW lucht en de pcm-buffervat.
  3. Een dunne buis door de pcm-buffervat of de pcm-buffervat in een bak met water, slangen en een klein pompje zorgen ervoor dat water circuleert van de pcm-buffervat naar de radiateur.
  4. Een temperatuurmeting of schakelklok regelen dat op juiste momenten en niet onnodig de pomp aan en uit staat.
    Temperatuurgestuurd voorbeeld: op warme zomerdagen de woning koelen met de pcm-buffervat als de WTW meer dan 22°C inblaast om de woning te koelen. Niet lager dan 22°C om condensvorming te voorkomen. En anders om de woning te verwarmen als de WTW lucht de woning inblaast kouder dan 15°C. Niet hoger dan 15°C om de nachtverlaging niet onnodig te beinvloeden. De pcm-buffervat afhankelijk van de zomer of andere maanden koelen of verwarmen als deze meer dan 1.5°C verschilt met de WTW en weer stopt als het verschil is gedaald tot 0°C.

Resultaat: de inkomende lucht krijgt een duwtje in de goede richting in elk seizoen en voelt constanter aan.


meer warmte-opslag oplossingen en berekeningen

Snelle cijfers WTW batterij

Gemiddelde ventilatie
≈ 50 m³/uur
Verwarming 10 °C→18 °C
≈ 0,133 kWh per uur
Per dag
≈ 3,2 kWh
Opslag in natriumsulfaat
≈ 0,08 kWh/kg
Benodigde massa
≈ 40 kg voor 3,2 kWh


Snelle cijfers pcm-buffervat voor een koude dag


Berekend voor een 170 m2 woning met 25 kWh/m2 warmteverbruik per jaar
conform de passief huis renovatienorm (label A+++).
Indien gemiddeld 0°C buiten en 18°C binnen: 40 kWhth per dag nodig.
  • Boiler met water met 55°C warm water en 30°C warmte-afgifte: boilervat 1000 liter nodig.
    Nadeel: 55°C verbruikt meer energie om te maken vanwege een lage COP van de warmtepomp om 55°C te maken dan 35°C.
  • Natriumsulfaat 32°C buffervat warmte-opslag 85% gevuld voor uitzetting: 360 liter nodig.
    Nadeel: geen bestaande producten te koop.
  • Calciumchloride 30°C buffervat warmte-opslag 85% gevuld voor uitzetting: 390 liter nodig.
    Nadeel: duurder dan natriumsulfaat en geen bestaande producten te koop.
  • Natriumacetaat 58°C buffervat warmte-opslag 85% gevuld voor uitzetting: 390 liter nodig. Diverse producten te koop.
    Nadeel: net als water minder geschikt in combinatie met een warmtepomp vanwege de hoge ssmeltTempPCMeratuur.
Voor elke oplossing is een isolatielaag nodig. Voor een boiler met water met 55°C is meer isolatie nodig dan voor de 30°C/32°C PCM buffervaten.

Wat heb je nodig voor een kleine dagbuffer van 3 tot 10 kWh?

Toepassing: het verwarmen van de binnenkomende lucht van de woning.
  • Radiateur of lucht/water-convector vóór de WTW-inblaas.
  • Kleine circulatiepomp en slangen (gesloten circuit).
  • PCM-buffervat-reservoir (goed geïsoleerd).
  • Vulmiddel: natriumsulfaat (Glauberzout), eventueel met wat keukenzout om het werkgebied af te stemmen.
  • Basisregeling alternatieven, universele AC/DC adapter 9V/24V 2000 mA op 18 V zetten en:
    - altijd aan, geeft onnodige elektriciteitsverliezen
    - met een schakelklok: zomer batterij koelen 23u..9u, woning koelen 12u..19u. Winter: batterij opwarmen 12u..19u, woning opwarmen 23u..9u
    - met een PLC zoals (bijvoorbeeld Siemens Logo 8) en 3 temperatuur sensoren, temperatuurverschil minimaal 1.5°C tussen WTW lucht en pcm-buffervat.
    - opwarmen tot 22°C tijdens de goedkoopste uren op de dag met een ventilatiewarmtepomp
    - opwarmen/koelen tot 22°C tijdens de warmste/koudste uren buiten met een extra radiateur buiten

Hoeveel capaciteit is handig?

Richtgetal voor een doorsnee woning:

Gegeven: ventilatie V = 50 m³/uur; dichtheid lucht ρ ≈ 1,2 kg/m³; soortelijke warmte lucht c ≈ 1 kJ/kg·K; ΔT = 8 K (10→18 °C).

Warmte per uur: Q = V × ρ × c × ΔT ≈ 50 × 1,2 × 1 × 8 = 480 kJ ≈ 0,133 kWh.

Per dag: 0,133 × 24 ≈ 3,2 kWh.

Opslag in natriumsulfaat: ≈ 0,08 kWh/kg ⇒ nodig ≈ 3,2 / 0,08 ≈ 40 kg.

In de winter kun je de pcm-buffervat vooraf (elektrisch of via restwarmte) bijladen: bijvoorbeeld 1–3 kWh per dag, afhankelijk van de kou.



PCM Simulatie opwarmen en afkoelen










Wat heb je nodig voor een meerdaagsebuffer van 150 tot 450 kWh?

Toepassing: warmte leveren aan lage temperatuur radiatoren en/of vloerverwarming.
  • Betonput van 5000 liter, buitenmaten 182x182x260 cm. Circa 3000 euro.
    • Isolatiemateriaal 10 cm dik aan de binnenzijde voor max. 2% warmteverlies per dag.
    • Epdm aan de binnenzijde om het isolatiemateriaal droog te houden.
  • PVC buizen Ø 125 mm, 19 lagen, 11 buizen op de bodem a 22 kg per buis, 17.2 liter (buitenmaat),
    stapelend afwisselen met 10 en 11 buizen per laag, in lengtes van 140 cm en eindkappen.
    In totaal 201 buizen met een hoogte van 19 lagen van circa 2.2 m en een uitwendig volume van 3450 liter voor een 85% gevuld volume van 2650 liter. Circa 2500 euro materiaal en 2500 euro uren a 50 euro/uur.
  • Warmtepomp met buffervat-regeling, monobloc, R290, 6 kWth, circa 6000 euro.
  • CV pomp, circa 1500 euro inclusief buizen en montage.
  • 6 waterdichte temperatuursensoren met 2 m kabel voor monitoring
  • leidingwater voor het afvullen van de betonput met 1000 liter
    betonput netto inhoud: 1.4 x 1.4 x 2.3 = 4500 liter.
  • PCM buizen, 85% vulling, in totaal circa 6500 euro voor 212 kWh = 30 euro/kWh = 2 euro/liter
    • CaCl2 anhydraat, PCM, 11.3 kg CaCl2 per buis
      in totaal 2275 kg CaCl2 anhydraat, circa 3700 euro.
    • Gedestilleerd water, 11 kg per buis.<> in totaal 2211 liter gedestileerd water, circa 1200 euro. totaal PCM gewicht 4500 kg a minimaal 170 kJ/kg = ~ 212 kWhth warmteopslag
    • KCl, 2%, 450 gram per buis, temperatuurverlaging en voorkomen fasescheiding.
      in totaal 9.5 kg KCl, circa 225 euro.
    • BaCO3, 2%, 450 gram per buis, nuclatiemiddel
      in totaal 9.5 kg BaCO3, circa 1050 euro.
    • Natriumpolyacrylaat, 1%, 225 gram per buis, dikkingsmiddel
      in totaal 46 kg Natriumpolyacrylaat, circa 200 euro
  • 4 stuks EPDM 'scheidingswanden' 1.4m x 1.2m voor het verbeteren van de leidingwaterstroming in de betonput

  • Basisregeling
    - De warmtepomp verwarmt de 1000 liter leidingwater vrij snel van 12 C naar 32 C met 27 kWhth
    • Dit kost circa 5 a 6 uur voor een 6 kWh warmtepomp met R290 koudemiddel.
    • De PVC buizen zijn relatief traag in warmte opnemen en afstaan, ter indicatie 15 .. 20 W/uur afhankelijk van de stroming.
    • op basis van Rc pvc wand = 0.017 m2K/W, Rc PCM obv lambda minimaal 0.6 W/mK en 3 cm dikke laag = 0.05 m2K/W, Rc stromend water max. 0.01 m2K/W, samen circa 0.06 m2K/W.
    • buisoppervlakte = 0.55 m2, daarmee levert een buis bij een delta T van 5 K (aanvoer 25C, afgifte 30 C) circa 0.55 m2 / 0.06 m2K/W * 5 K = 46 W per buis.
    - Vervolgens zijn meerdere dagen tijdens goedkope energietariefuren mogelijk om het pcm op te warmen en het buiten niet al te koud is om een goede efficiente COP te draaien. Indien de warmteopname en -afgifte van de buizen circa 45 W per uur per stuk is dan gebeurt dat voor 201 buizen met 9 kWh per uur. Dat is ruim boven het vermogen van de warmtepomp die met 6 kWh gemiddeld kan draaien. En heeft dan 35 uur nodig om maximaal opgewarmd te worden.
Ter vergelijking: 4500 liter water 5 C opwarmen/afkoelen komt overeen met 26 kWh.
Deze betonput oplossing met PCM buizen kan 212 kWhth opslaan. Dus 8 keer meer.
Zonder pcm maar met gewoon water dat 50 C wordt verwarmd is 104 kWhth op te slaan, de helft dan met pcm kan, maar met het nadeel dat meer voor energie betaald wordt vanwege meer duurdere uren en lagere COP en de meerdere dagen dekking niet meer zo ruim is.

Terugverdientijd vergelijking met andere alternatieven voor een woning met 150 m2 a 75 kWh/m2 woning warmtevraag:
- PCM betonput 5m3: de meerkosten van pcm opslag bedragen circa 12000 euro. Per jaar is 2800 kWh voor verwarming nodig indien de COP gemiddeld 4 is.
- Watergevulde betonput 5m3: de meerkosten voor alleen een betonput en CV installatie aanpassing is circa 6000 euro en jaarlijkse energiekosten gemiddeld 3700 kWh indien de COP gemiddeld 3 is.
- Bodemwarmtepomp: meerkosten bedragen circa 15000 euro voor een grondboring. Per jaar is 2250 kWh voor verwarming nodig indien COP 5.
- Goede woning isolatie: 25 kWh/m2 door woningisolatie a circa 60.000 euro en jaarlijks gemiddeld 1500 kWh bij een gemiddelde COP van 3.


Slim verwarmen loont indien het prijsverschil dat nu gemiddeld 25 cent/kWh is zo'n 15 cent/kWh duurder wordt.
Slim verwarmen loont helemaal als de stroomvoorziening meerdere dagen uitvalt. Dan kan warmte met een kleine accu en de energiezuinige CV pomp (7 Watt/uur) nog dagen de woning wel verwarmen.
Op deze wijze is de meerdaagsebuffer bedoeld: een middel tegen extreme energieprijzen en stroomuitval.

Achtergrond

Wanneer heb je er het meest aan?
  • Zomer: tempert hete middagpieken met koel geladen batterij (nachtkoeling).
  • Lente en herfst: warmte van overdag naar de avond en nacht verplaatsen waardoor de verwarming minder aan staat.
  • Winter: voorverwarmen tegen koude ochtenden; eventueel bijladen met 1–3 kWh/dag.
Faseovergang & waarom dit zo goed werkt

Water heeft veel energie nodig om te bevriezen bij 0 °C: ongeveer 333 kJ/kg (latente warmte). Dat is circa 80× zoveel als water 1 °C opwarmen (4,186 kJ/kg). Sommige zouten, zoals natriumsulfaat, hebben een vergelijkbaar faseovergang-effect maar dan bij 32 °C. Of lager door toevoeging van 17% keukenzout (zonder jodium enz.) is faseovergang bij 18 °C mogelijk.

Bij een faseovergang wordt dus veel warmte opgeslagen of afgegeven zonder dat de temperatuur veel verandert. Dat is handiger dan water naar een veel hogere temperatuur te verwarmen. Bijvoorbeeld omdat
- warmtepompen de hogere temperatuur niet halen
- warmtepompen bij hogere temperaturen veel minder efficient werken
- hogere temperaturen veel meer energieverlies geven
- hogere temperaturen meer isolatie en ruimte vraagt

Faseovergang & 'supercooling' vermijden met een nuclatiemiddel

Als de faseovergang niet precies begint bij de beoogde temperatuur maar enkele of vele graden lager heet supercooling.
Bijvoorbeeld bij 28 C in plaats van 32 C. Hierbij start de kristalisatie niet waarbij de warmte vrij kan komen maar daalt de temperatuur zonder dat de warmte vrijkomt. Om supercooling te voorkomen of verminderen kan een zogeheten nuclatiemiddel toegevoegd worden. Zoals 4% (zo soms op internet is te lezen) tot 8% (uit eigen ervaring) borax.

Faseovergang & 'dikkingsmiddel' vermijdt inklinken van het zout tot een harde niet werkende laag (klontering, ontmenging of sedimentatie)

Het relatief zware zout kan onderin inklinken tot een harde laag en niet meer werken. Om dat te voorkomen kan een dikkingsmiddel gebruikt worden voor goede verspreiding van het zout en water. Zoals met zo'n 1% polyacrylaat.

Faseovergang & uitzetting als er meer water is gebruikt dan nodig voor de pcm zelf

Een pcm zoals natriumsulfaat zal ongeacht de faseovergang nagenoeg hetzelfde volume nodig hebben. Ook met keukenzout (NaCl), indien in de juiste verhouding gebruikt, omdat een geconcentreerde zoutoplossing (brine) niet veel meer ruimte nodig heeft. Bij het mengen zal dit duidelijk merkbaar zijn..
Wordt meer water toegevoegd dan is wel meer ruimte nodig, tot wel 150 of 200% dan hoeveel is toegevoegd omdat een lichtere zoutoplossing een lagere dichtheid heeft (rond 1 kg per liter in plaats van 1.468 kg per liter). Bij 10% extra water kan de uitzetting vanwege zoutoplossingen inclusief watertoevoeging 15% tot 20% zijn.


Veiligheid & aandachtspunten


Kort samengevat

Met een simpele opstelling van radiateur, klein pompje en een pcm-buffervat op basis van natriumsulfaat kun je de toevoerlucht van je WTW merkbaar rustiger en comfortabeler maken. Reken voor 50 m³/uur ventilatie op ongeveer 3,2 kWh tempering per dag, of ±40 kg opslagmedium.


Rekenmodel

Hieronder kan de hele berekening gemaakt worden voor de pcm-buffervat.

Aandachtspunten:

WTW 18 C pcm-buffervat maken

Benodigde PVC buis





Advies: gebruik NaCl niet alleen voor een lager smeltpunt maar ook voor een langere levensduur door vorming van andere varianten dan Na2SO4.10H2O te voorkomen, ook wel fasescheiding genoemt.




Voorinstellingen aanpassen:
,
, ,

,

Kosten WTW 18 C pcm-buffervat


Oplosbaarheid

Temp (°C)Na₂SO₄ (g / 100 g water)Borax (Na₂B₄O₇·10H₂O) (g / 100 g water)NaCl (g / 100 g water)CaCl2.6H2O (g / 100g water)
57.002.1535.6962.5
109.102.3035.7264.7
1514.302.4035.8074.5
2019.502.5035.89100
2530.153.2535.99114
3040.804.0036.09128
3544.805.0036.23
4048.806.0036.37132
4546.828.0036.53
5044.8410.0036.69137
5545.0712.5036.86
6045.3015.0037.04142




Calciumchloride warmtebattterij 30 C

Test loopt nog wat de optimale mix-verhoudingen zijn.
Onderzoeksvraag: hoe goed draagt natriumpolyacrylaat bij of kan het dure CaCl2 ver?

Benodigde PVC buis




Opmerking:
KCl is bedoeld voor temperatuurverlaging: maximaal 2.5 C en vooral voor het voorkomen van fasescheiding.
Nuclatiemiddel CaCl2 is vrij duur (25 .. 80 euro/kg).

Mix samenvatting

Let op: het mengen van water met CaCl2 wordt zo 100 C heet en heter. Doceer het mengsel om de container/vat/jerrycan niet te laten smelten en veilig te werken! Altijd CaCl2 en KCl gedoceerd in water oplossen. Niet andersom: giet geen water op CaCl2 of KCl!
Kennelijk mogen CaCl2 en KCl wel naderhand toegevoegd worden, dus nadat CaCl2 met water is gemixed en afgekoeld.


Advies: gebruik KCl niet alleen voor een lager smeltpunt maar ook voor een langere levensduur door vorming van andere varianten dan CaCl2.6H2O te voorkomen, ook wel fasescheiding genoemt.

Natriumsulfaat warmtebattterij 32 C

Mix samenvatting



Opmerkingen

Advies: gebruik NaCl voor een langere levensduur van het PCM om vorming van andere varianten dan Na2SO4.10H2O te voorkomen, ook wel fasescheiding genoemt.


Natriumacetaat warmtebattterij 58 C

Mix samenvatting:

-- test loopt nog of dit de goede verhoudingen zijn --




Opmerkingen





Veiligheid: categorie

CaCl₂·6H₂O calciumchloride

Na₂SO₄·10H₂O natriumsulfaat

NaOAc·3H₂O natriumacetaat

Exothermie bij oplossen

Hoog – sterk exotherm

Laag/neutraal

Laag – licht endotherm

Corrosiviteit

Hoog – agressief voor Al/staal

Matig

Laag–matig

Irritatie/toxiciteit

Irriterend huid/ogen

Weinig toxisch

Laag

Milieu-impact

Hoge zoutbelasting

Zoutbelasting, minder toxisch

Biologisch afbreekbaar

Brandbaarheid

Niet brandbaar

Niet brandbaar

Niet brandbaar

Supercooling

Beperkt (additieven)

Hoog – faseproblemen

Hoog – nucleator nodig

Volume-uitzetting

12%, matig, 20 C: 1.71 kg/liter .. boven 30 C: 1.5 kg/liter

10%, matig, 20 C: 1.46 kg/liter .. boven 30 C: 1.3 kg/liter

10%, matig, 20 C: 1.44 kg/liter .. boven 60 C: 1.29 kg/liter

Langdurige stabiliteit

Matig – additieven nodig

Variabel

Goed met nucleatiebeheer

Aanbevolen containers

HDPE, PP, RVS-316

HDPE, PP, RVS

HDPE, PP, RVS

PBM

Handschoenen, bril, masker

Handschoenen, bril

Handschoenen, bril

Smeltpunt & Latente warmte

29–30 °C, ~190 kJ/kg

32–34 °C, ~250 kJ/kg

58 °C, ~260 kJ/kg

Ook wel toegepast als

Dooimiddel / strooizout werkend tot -20 C

Wasmiddel vulstof tot 30% per volume

Smaakmaker zoals in chips

Prijsindicatie

30 .. 50 euro per 25 kg > 95% zuiver,
130 euro per 25 kg 99% zuiver

150 euro per 25 kg, 99% zuiver

150 euro per 25 kg, 99% zuiver

Veiligheidswenken — additieven gebruikt bij PCM-formuleringen
Additief Belangrijkste gevaren PBM's (aanbevolen) Opslag & hantering Eerste hulp / noodmaatregel Milieu & lozing
Natriumpolyacrylaat (Na-PAA)
(superabsorberend polymeer - SAP)		 - Kan veel water binden en zwellen (let op in gesloten ruimtes).
- Poeder kan stof geven → irritatie ogen/luchtwegen.
- In hoge ion-sterkte (Ca²⁺) kan gel destabiliseren / neerslaan zoals met CaCl2.6H2O.

Veilig gebruik: vaak in PCM’s 0,1 – 1% als verdikker/stabilisator. Polymeer is inert, niet toxisch, en niet oplosbaar; het zwelt alleen in water.
Kritisch: bij > 5% kan het gel te dik worden en bij droging stof vormen dat irritatie geeft. Geen officiële toxiciteitsdrempel → veiligheid vooral procesmatig (stof vermijden). 		- Veiligheidsbril
- Stofdichte maskers (FFP2) bij werken met poeder
- Nitril handschoenen 		- Droog, koele opslag in goed gesloten verpakking.
- Vermijd stofvorming; gebruik afzuiging/werk in afgeschermde bak.
- Houd uit de buurt van sterke Ca²⁺ oplossingen indien je zwelvermogen wilt behouden. 		- Bij contact ogen: spoel minstens 10–15 min met water en zoek medische hulp bij aanhoudende irritatie.
- Bij inademing: frisse lucht; medische hulp als ademhaling moeilijk is.
- Bij inslikken: water drinken; medisch advies. 		- Kleine hoeveelheden verdunnen met veel water en volgens lokale regels lozen.
- Grote hoeveelheden als chemisch afval afvoeren (polymeergel kan water binden en moeilijk verwerken zijn).
Borax (natriumtetraboraat)
(borax decahydraat / technisch)		 - Irriterend voor ogen en huid; bij langdurige blootstelling mogelijke reproductietoxiciteit (afhankelijk van concentratie en regelgeving).
- Oraal toxisch bij grote hoeveelheden.

Veilig gebruik: onder 0,1% in mengsels → valt meestal buiten etiketteringsplicht.
Grens: boven 4–5% wordt het mengsel vaak als gevaarlijk geclassificeerd en etiketteringsplichtig.
Risico komt vooral bij herhaald/chronisch contact of inslikken; als PCM-additief (<2–3%) is blootstelling klein, maar in regelgeving moet je altijd opletten. 		- Veiligheidsbril
- Handschoenen (nitril / chemical resistant)
- Bij stofvorming: FFP2 masker 		- Koel, droog en luchtdicht opslaan; kinderveilig verpakken.
- Voorkom onnodige blootstelling; gebruik afzuiging bij stoven mengen. 		- Huidcontact: met veel water wassen; bij irritatie arts raadplegen.
- Oogcontact: overvloedig spoelen (15 min) en medisch advies.
- Inslikken: geen braken opwekken; medisch advies onmiddellijk. 		⚠ Borax is belastend voor watermilieu; lozing vermijden.
- Afval als chemisch afval inleveren volgens lokale regelingen.
SrCl2 (strontiumchloride)
-		 - Ernstig oogletsel en irriterend voor de huid.
- Irritatie van de luchtwegen.
- Irritatie in het spijsverteringskanaal bij inname.

Veilig gebruik: geen grenswaarde.
Grens: -
Risico bij contact of inslikken; als PCM-additief (<3%) is blootstelling klein. 		- Veiligheidsbril
- Handschoenen (nitril / chemical resistant)
- Zorg voor ventilatie bij de omgang met de stof en voorkom dat stof opwaait 		- Koel, droog en luchtdicht opslaan; kinderveilig verpakken.
- Voorkom onnodige blootstelling; gebruik afzuiging bij stoven mengen. 		- Huidcontact: met veel water wassen; bij irritatie arts raadplegen.
- Oogcontact: overvloedig spoelen (15 min) en medisch advies.
- Inslikken: medisch advies. 		⚠ Is belastend voor watermilieu en kan door planten en dieren opgenomen worden; lozing vermijden.
- Afval als chemisch afval inleveren volgens lokale regelingen.
KCl (kaliumchloride) ⚠ Laag acute toxiciteit, maar hoge concentraties verhogen zoutbelasting en zijn schadelijk voor aquatisch leven.
- Poeder kan irritatie veroorzaken.

Veilig gebruik: tot enkele procenten (1–10%) in PCM’s geen probleem; vergelijkbaar met voedingszout.
Kritisch: pas bij > 20–30% in waterige oplossingen → risico’s voor milieu (hoge zoutlast, aquatische toxiciteit).
Biologisch inert, maar in hoge concentraties osmotisch schadelijk voor organismen.
Voor de mens: geen classificatie als gevaarlijk, wel irritatie bij hoge blootstelling.
 - Veiligheidsbril
- Handschoenen bij veelvuldig contact
- FFP2 bij stofvorming 		- Droog en afgesloten bewaren; beschermen tegen vocht.
- Houd uit de buurt van voedingsmiddelen en kinderen. 		- Oogcontact: spoelen met water, medisch advies bij aanhoudende irritatie.
- Inslikken: veel water drinken; medisch advies bij symptomen. 		⚠ Vermijd lozing in oppervlaktewater; bij hoge concentraties zeer schadelijk.
- Kleine hoeveelheden in riool vaak toegestaan, check lokale regels.
Xanthaangom
(polysacharide verdikker)		 - Over het algemeen laag risico; stof irritatie voor ogen/ademhalingswegen.
- Biologisch afbreekbaar; in zoutomgeving stabiel.

Veilig gebruik: tot 1–3% standaard in levensmiddelen (E415).
Kritisch: geen echte toxicologische grens; in oplossingen > 5% kan de viscositeit zo hoog worden dat verwerken moeilijk wordt (praktisch risico, geen gezondheidsrisico).
Waarom: biologisch afbreekbaar, niet toxisch, alleen stof-inhalatie kan irritatie geven.
 - Veiligheidsbril bij poedergebruik
- Handschoenen (optioneel)
- FFP2 bij stofvorming 		- Droog bewaren in goed afgesloten verpakking; levensmiddelkwaliteit verkrijgbaar.
- Bij mengen langzaam toevoegen om klontering te voorkomen (voorkom poederwolken). 		- Oogcontact: spoelen met water.
- Inademing: frisse lucht; medisch advies indien klachten.
- Inslikken: normaal niet schadelijk in kleine hoeveelheden. 		- Biologisch afbreekbaar; kleine lozingen meestal acceptabel, maar houd rekening met zuurstofverbruik in oppervlaktewater.
- Grote hoeveelheden via afvalverwerking afvoeren.
BaSO4
 - veilige niet giftige stof.

Veilig gebruik: tot 1–3% standaard in levensmiddelen (E415).
Kritisch: geen echte toxicologische grens; in oplossingen > 5% kan de viscositeit zo hoog worden dat verwerken moeilijk wordt (praktisch risico, geen gezondheidsrisico).
Waarom: biologisch afbreekbaar, niet toxisch, alleen stof-inhalatie kan irritatie geven.
 - Veiligheidsbril bij poedergebruik
- Handschoenen (optioneel)
- FFP2 bij stofvorming 		- Droog bewaren in goed afgesloten verpakking; levensmiddelkwaliteit verkrijgbaar.
 - Oogcontact: spoelen met water.
- Inademing: frisse lucht.
- Inslikken: spoel de mond, drink water, en raadpleeg een arts bij onwel voelen. 		- Niet gevaarlijk voor het milieu; kleine lozingen meestal acceptabel.
- Grote hoeveelheden via afvalverwerking afvoeren.
SrCO3
 ⚠ lage acute toxiciteit.

Veilig gebruik: tot 1–3% standaard in levensmiddelen (E415).
Kritisch: geen echte toxicologische grens; in oplossingen > 5% kan de viscositeit zo hoog worden dat verwerken moeilijk wordt (praktisch risico, geen gezondheidsrisico).
Waarom: biologisch afbreekbaar, niet toxisch, alleen stof-inhalatie kan irritatie geven.
 - Ademhalingsbescherming, gebruik van een stofmasker (type P1 of hoger)
- Veiligheidsbril bij poedergebruik
- Handschoenen (optioneel)
- FFP2 bij stofvorming 		- Droog bewaren in goed afgesloten verpakking, weg van voedingsmiddelen en diervoeders.
 - Oogcontact: spoel grondig met water gedurende minstens 15 minuten en raadpleeg een arts indien irritatie aanhoudt.
- Inademing: breng de persoon in de frisse lucht. Bij moeilijke ademhaling een arts raadplegen.
- Inslikken: spoel de mond, bij inname van grote hoeveelheden een arts raadplegen. 		⚠ Verwijderen als chemisch afval in overeenstemming met de lokale voorschriften. Niet in het milieu of de riolering lozen.


Overzicht: additieven vs. PCM’s (functie / stabiliteit / risico)
Additief \ PCM Na₂SO₄·10H₂O CaCl₂·6H₂O Natriumacetaat·3H₂O opmerkingen
Natriumpolyacrylaat (Na-PAA, SAP) ✅Verdikt - fasescheiding te voorkomen, en stabiel bij veel cycli. (3% .. 5% toevoegen) ⚠Reactie met Ca²⁺, kan gelvorming veroorzaken. ✅Geschikt verdikker/stabilisator in SAT, combineer met nucleator.
Carboxymethylcellulose (CMC) ✅ Verdikt - fasescheiding te voorkomen, en stabiel bij veel cycli. (3% toevoegen) ⚠Reactie met Ca²⁺, kan gelvorming veroorzaken. ⚠Kan stabiliseren, maar degradeert bij herhaalde verhitting.
Xanthaangom ⚠ Verdikt - fasescheiding te voorkomen, maar midner stabiel bij veel hogere temperaturen. ⚠Reactie met Ca²⁺, kan gelvorming veroorzaken. ⚠Kan stabiliseren, maar degradeert bij herhaalde verhitting.
Borax (Na₂B₄O₇·10H₂O) ✅Traditionele nucleator, vermindert supercooling. ❌Kan nucleatie helpen, maar risico op boratenreacties (boorzuur); alleen zeer lage dosering toegestaan waardoor het niet toepasbaar is. ⚠Niet gangbaar voor SAT, effect onzeker.
Strontiumcholride (SrCl2) ⚠- ✅Met 5% als nucleatiemiddel supercooling 1C .. 2C, met 2% supercooling 5C .. 10 C, maar met 5% vrij duur. ⚠-
KCl ⚠Verlaagt smeltpunt, verlaagt smeltpunt tot ~ 6 °C .. 13 °C en kan reageren tot NaCl en K2SO4. Beperkt effect op nucleatie, beperkt kans op Na2SO4.xH2O tussenvormen. ✅Verlaagt smeltpunt, kan licht nucleatie bevorderen, beperkt kans op CaCl2.xH2O tussenvormen. ⚠Weinig effect bij SAT.
NaCl ✅Veel gebruikt in Glauberzoutmengsels, verlaagt smeltpunt tot ~18 °C. ⚠Verlaagt smeltpunt, geen sterke nucleator. ⚠Kan smeltpunt iets beïnvloeden, beperkt relevant.
BaSO4 ⚠Inert, kan net als borax als nuclator werken, maar minder effectief. ⚠Inert, kan net als CaCl2 als nuclator werken, maar minder effectief, supercooling 5-10 C. ✅Inert, kan als nuclator werken, hoe goed is niet precies duidelijk. kan ook samen met borax, NaCl en KCl
BaCO3 ⚠Niet inert, niet bruikbaar vanwege omzetting naar BaSO4 en Na2CO3 (soda). ⚠Inert, kan net als CaCl2 als nuclator werken, maar minder effectief, supercooling 5-10 C. ✅Inert, kan als nuclator werken, hoe goed is niet precies duidelijk. kan ook samen met borax, NaCl en KCl
SrCO3 ✅Inert, kan net als borax als nuclator werken, maar mogelijk minder effectief. ✅Reageert deels met CaCl2 tot CaCO3 en CaCl2, daarmee minder effectief. ✅Inert, kan als nuclator werken, en lijkt daarvoor goed te werken. kan niet samen met borax
wel met NaCl en KCl
RVS 316 ⚠Inert, kan nucleatie bevorderen (gaas/plaat), beperkt / geen bewijs. ⚠Geschikt als permanente nucleator; corrosiebestendig, beperkt / geen bewijs. ⚠Sterk aanbevolen als nucleator voor SAT, bewezen effectief, beperkt / geen bewijs.
Legenda:
✅ = Bruikbaar / aanbevolen
⚠ = Beperkt bruikbaar / test & voorzichtig
❌ = Af te raden

Voorbeeld mengverhouding PCM CaCl₂·6H₂O met additieven
Component Functie Aanbevolen percentage (wt%) Effect bij te weinig Effect bij te veel
CaCl₂·6H₂O (hoofdmassa) Hoofd-PCM ~92–95% Te lage capaciteit Onstabiel zonder additieven
KCl Smeltpuntverlaging (max. 2.5 C), lichte nucleatiehulp,
lange termijn stabiel werken, zie ook info		 2–5% Geen smeltpuntverlaging, kans op supercooling groter Hydratestabiliteit verslechtert → fase-scheiding
SrCl2 Nucleator & verminderen supercooling, zie ook info 2–3% Kristallisatie start niet → vloeibaar bij kamertemp. ?
Verdikker natriumpolyacrylaat Fase-stabilisatie 0.5–1.5% Fase-segregatie na meerdere cycli Te hoge viscositeit, warmtegeleiding daalt
Borax (Na₂B₄O₇·10H₂O)
! gaat niet samen vanwege vorming boorzuur		 Nucleator 1–3% Kristallisatie start niet → vloeibaar bij kamertemp. Risico chemische interactie, troebeling, lagere cyclusstabiliteit
Verdikker xanthaangom
! gaat niet samen vanwege gelvorming		 Fase-stabilisatie 0.5–1.5% Fase-segregatie na meerdere cycli Te hoge viscositeit, warmtegeleiding daalt
BaSO4 nuclator, verminderen supercooling 1–2% ? ?
SrCO3 nuclator, verminderen supercooling 1–3% ? ?


Overzicht: ΔH (kJ·mol⁻¹), exotherm / endotherm gedrag voor CaCl2, Na2SO4 en NaC2H3O2
Stof Proces Reactievergelijking (schematisch) ΔH (kJ·mol⁻¹) Type Waarneming / uitleg
CaCl2 Oplossen (anhydraat) CaCl2 (s) → Ca2+(aq) + 2 Cl−(aq) ≈ −81 Exotherm Lost op met warmteontwikkeling → voelt warm
CaCl2·6H2O Oplossen (hexahydraat) CaCl2·6H2O (s) → Ca2+(aq) + 2 Cl−(aq) + 6 H2O (l) ≈ +19 Endotherm Kristal bevat al water → koelt licht af bij oplossen
CaCl2 Hydratatie (vorming hydraat) CaCl2 (s) + 6 H2O (l) → CaCl2·6H2O (s) ≈ −97 Exotherm Wateropname tot kristal → warmt sterk op
Na2SO4 Oplossen (anhydraat) Na2SO4 (s) → 2 Na+(aq) + SO42−(aq) ≈ +1 Zwak endotherm Nauwelijks temperatuurverandering
Na2SO4·10H2O Oplossen (decahydraat) Na2SO4·10H2O (s) → 2 Na+(aq) + SO42−(aq) + 10 H2O (l) ≈ +78 – +80 Sterk endotherm Koelt duidelijk af (absorbeert warmte)
Na2SO4 Hydratatie (vorming decahydraat) Na2SO4 (s) + 10 H2O (l) → Na2SO4·10H2O (s) ≈ −82 Exotherm Kristalvorming uit oplossing → warmt op
NaC2H3O2 Oplossen (trihydraat) NaC2H3O2·3H2O (s) → Na+(aq) + CH3COO−(aq) + 3 H2O (l) ≈ +19 – +20 Endotherm Koelt bij oplossen
NaC2H3O2·3H2O Kristallisatie uit oplossing Na+(aq) + CH3COO−(aq) + 3 H2O (l) → NaC2H3O2·3H2O (s) ≈ −36 – −40 Exotherm Wordt heet (gebruik in handwarmers)
NaC2H3O2·3H2O Latente warmte van smelten / stollen (vaste ↔ vloeibare fase van het hydraat) ≈ +20 – +39 (smelten) Endotherm (smelten) / Exotherm (stollen) Smelten neemt warmte op; stollen geeft die warmte vrij


Zie ook Performance and Stability of CaCl2·6H2O-Based Phase Change Materials; Charles, Joshua; 2019

www.pondes.nl, maart 2026