مطالعۀ عددی گرادیان حرارتی و انرژی عبوری از دیوارهای پیرامونی ساختمان دارای مواد تغییر فاز دهنده (PCM) در شرایط دمایی گرم کاشان

نویسندگان

دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

به‌کارگیری مواد تغییر فاز دهنده (PCM) در بخش‌های مختلف ساختمان به‌دلیل بالا بودن ظرفیت گرمایی این مواد، به بهبود شرایط آسایش حرارتی و کاهش مصرف انرژی می‌انجامد. با توجه به عملکرد بهتر این مواد در شرایط دمایی با نوسانات شدید، کاربرد آن‌ها در اقلیم کویری در کاهش مصرف انرژی و کاهش نوسانات تأثیر زیادی دارد. در تحقیق حاضر، شرایط دمایی گرم کاشان به‌عنوان دمای محیط و دیوارها با بتن معمولی به ضخامت‌های 10 و 20 سانتی‌متر و ارتفاع 100 سانتی‌متر در نرم‌افزار فلوئنت مدل‌سازی شده‌اند. چند نوع مادۀ تغییر فاز دهنده برای این شرایط دمایی در نظر گرفته شده و بهترین نوع آن انتخاب شده است. نتایج عددی نشان می‌دهد که وجود مادۀ تغییر فاز دهنده نوسانات دمایی سطح داخل دیوارها را تا حدود °C 4 کاهش می‌دهد و همچنین موقعیت آن در سمت داخلی دیوار عملکرد بهتری دارد، ولی به‌طور کلی تغییر در موقعیت مادۀ تغییر فاز دهنده تأثیر زیادی بر روی نتایج نهایی ندارد. علاوه بر آن، تغییر در تعداد ضخامت مادۀ تغییر فاز دهنده تأثیر زیادی بر عملکرد دمایی آن ندارد. با توجه به نتایج برای منطقۀ کاشان، پارافین عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهد؛ به‌عبارت دیگر برای هر منطقه باید مادۀ تغییر فاز دهندۀ متناسب با آن مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


[1] صدیق ضیابری، سیده حدیثه، «بررسی نمونه‌هایی از استفاده تکنولوژی سبز در معماری ساختمان‌های برتر جهان»، مجموعه مقالات اولین همایش ملی معماری پایدار، 1388. [2] Wang, X., Zhang, Y., Xiao, W., Zeng, R., Zhang, Q. and Di, H., "Review on Thermal Performance of Phase Change Energy Storage Building Envelope", Chinese Science Bulletin, Vol. 54, No. 6, pp. 920-928, 2009. [3] Biswas, K. and Abhari, R., "Low-Cost Phase Change Material as an Energy Storage Medium in Building Envelopes: Experimental and Numerical Analysis", Energy Conversion and Management, Vol. 88, pp. 1020-1031, 2014. [4] Feng, Y., "Thermal Design Standards for Energy Efficiency of Residential Buildings in Hot Summer/Cold Winter Zones", Energy and Buildings, Vol. 36, No. 12, pp. 1309-1312, 2004. [5] Nicol, J. F. and Humphreys, M. A., "Adaptive Thermal Comfort and Sustainable Thermal Standards for Buildings", Energy and Buildings, Vol. 34, No. 6, pp. 563-572, 2002. [6] Kuznik, F. and Virgone, J., "Experimental Assessment of a Phase Change Material for Wall Building Use", Applied Energy, Vol. 86, No. 10, pp. 2038-2046, 2009. [7] Baetens, R., Jelle, B. P. and Gustavsen, A., "Phase Change Materials for Building Applications: a State-of-the-Art Review", Energy and Buildings, Vol. 42, No. 9, pp. 1361-1368, 2010. [8] Raoux, S., "Phase Change Materials", Annual Review of Materials Research, Vol. 39, pp. 25-48, 2009. [9] Kuznik, F., David, D., Johannes, K. and J. J. Roux, "A Review of PCM Integrated in Building Walls", Renewable and Sustainable Energy Reviews Vol. 15, pp. 379- 391, 2011. [10] Mehling, H. and Cabeza, L. F. Heat and Cold Storage with PCM. Berlin: Springer, 2008. [11] Demirbas, M. F., "Thermal Energy Storage and Phase Change Materials: an Overview", Energy Sources, Part B: Economics, Planning, and Policy, Vol. 1, pp. 85-95, 2006. [12] Stritih, U. and Novak, P., "Solar Heat Storage Wall for Building Ventilation", Renewable Energy, Vol. 8, pp. 268-271, 1996 [13] Zwanzig, S. D., Lian, Y. and Brehob, E. G., "Numerical Simulation of Phase Change Material Composite Wallboard in a,Multi-Layered Building Envelope", Energy Conversion and Management, Vol. 69, pp. 27-40, 2013. [14] Royon, L., Karim, L. and Bontemps, A., "Optimization of PCM Embedded in a Floor Panel Developed for Thermal Management of the Lightweight Envelope of Buildings", Energy and Buildings, Vol. 82, pp. 385-390, 2014. [15] مشتاقی، امین، بررسی تأثیر استفاده از مواد تغییر فاز دهنده (PCM) در بتن از نقطه‌نظر خواص مکانیکی و حرارتی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان، 1395. [16] Hembade, L., Neithalath, N. and Rajan, S. D., "Understanding the Energy Implications of Phase-Change Materials in Concrete Walls Through Finite-Element Analysis", Journal of Energy Engineering, Vol. 140, pp. 04013009, 2013. [17] Kalnæs, S. E. and Jelle, B. P., "Phase Change Materials and Products for Building Applications: A State-of-the-Art Review and Future Research Opportunities", Energy and Buildings, Vol. 94, pp. 150-176, 2015 [18] FLUENT 6.3 User's Guide, 2006. [19] Holman, J. P., Heat transfer. Mc Gran–Hill Book Company, Soythern Methodist University, 1986. [20] Bergman, T. L. and Incropera, F. P., Introduction to Heat Transfer. John Wiley and Sons, 2011. [21] Voller, V.R., Cross, M. and Markatos, N. C., "An Enthalpy Method for Convection Diffusion Phase Change", Int. J. Numer. Methods Eng., Vol. 24, pp. 271-284, 1987. [22] Kern, D. Q., Process Heat Transfer. Tata McGraw-Hill Education, 1950.