بررسی آسایش حرارتی و میزان صرفه‌جویی در انرژی، هنگام ادغام مواد تغییر فازدهنده (PCM) در جداره‌های ساختمانی
محورهای موضوعی : جامعه شناسی، علوم اجتماعی و اقتصادشیرین عناقه 1 , رزا وکیلی نژاد 2 , احمدرضا طاهری اصل 3 , لطفعلی حشمتی 4
1 - کارشناس‌ارشد دفتر فنی و مهندسی، تعاونی مسکن فرهنگیان ناحیه 5 اصفهان
2 - هیئت علمی دانشکدة هنر و معماری، دانشگاه شیراز
3 - رییس کمسیون انرژی، استاندارد مصالح و محیط زیست نظام مهندسی ساختمان کشور
4 - رییس هیئت مدیره اتحادیه تعاونی های مسکن استان و مدیرعامل، تعاونی مسکن فرهنگیان ناحیه 5 اصفهان
کلید واژه: مواد تغییر فازدهنده, PCM, جدارهای ساختمانی, آسایش حرارتی, کاهش بار گرمایش – سرمایش,
چکیده مقاله :
جداره‌های ساختمان، شامل دیوارها، سقف‌ها و سایر عناصر پوششی، نقشی حیاتی در کاهش مصرف انرژی و ارتقای آسایش حرارتی ساکنان ایفا می‌کنند. این اجزا به‌عنوان نخستین لایه‌های تماس با محیط بیرونی، تأثیر قابل‌توجهی بر تبادل حرارتی بین داخل و خارج ساختمان دارند. در پی تلاش‌های مستمر برای بهینه‌سازی این جداره‌ها، یکی از تکنیک‌های نوین موردبررسی در این پژوهش، بهره‌گیری از روش‌های مدرن و مؤثر با تمرکز ویژه بر مواد تغییر فازدهنده است. مواد تغییر فازدهنده به دلیل قابلیت بی‌نظیر خود در ذخیره‌سازی و آزادسازی انرژی حرارتی در طول فرآیند انتقال فاز، به‌عنوان یکی از فناوری‌های پیشرو در حوزه بهینه‌سازی انرژی ساختمان‌ها مطرح‌شده‌اند. ترکیب این مواد با مصالح ساختمانی سنتی، نه‌تنها به افزایش ظرفیت حرارتی جداره‌ها کمک می‌کند، بلکه می‌تواند به تنظیم خودکار دمای داخلی ساختمان و کاهش وابستگی به سیستم‌های مکانیکی گرمایش و سرمایش منجر شود. در این مطالعه، با تمرکز بر روی اجزای کلیدی مانند سقف و دیوارها، به بررسی دقیق رفتار حرارتی انواع مختلف مواد تغییر فازدهنده پرداخته‌شده است. این بررسی شامل تحلیل خواص عمومی و مطلوب این مواد، شناخت حوزه‌های کاربردی مختلف آن‌ها، شناسایی پارامترهای تأثیرگذار بر عملکردشان و ارزیابی تکنیک‌ها و روش‌های ترکیب آن‌ها با سایر مصالح ساختمانی است. علاوه بر این، با مرور و تحلیل مطالعات انجام‌شده در چندین سال اخیر، ارزیابی جامعی از پتانسیل‌های کاربردی مواد تغییر فازدهنده در مناطق جغرافیایی مختلف جهان ارائه‌شده است. این ارزیابی نشان‌دهنده توانمندی‌های بالقوه این مواد در پاسخ به نیازهای متنوع اقلیمی و معماری است. نتایج این تحقیق بیانگر ان است که، با تأکید بر نقش مؤثر مواد تغییر فازدهنده در کاهش بارهای سرمایشی و گرمایشی، صرفه‌جویی قابل‌توجه در مصرف انرژی و بهبود آسایش حرارتی ساکنان، به‌منظور هدایت و تسهیل مطالعات آینده در بخش نتیجه‌گیری به‌تفصیل تشریح شده‌اند
Building envelopes, including walls, roofs, and other covering elements, play a crucial role in reducing energy consumption and enhancing thermal comfort for occupants. As the primary interface between the indoor and outdoor environment, these components significantly influence the thermal exchange between a building's interior and exterior. In the ongoing efforts to optimize building envelopes, one innovative technique explored in this study is the use of advanced and effective methods, with a particular focus on phase change materials (PCMs). Due to their unique ability to store and release thermal energy during the phase transition process, PCMs have emerged as a leading technology in the field of building energy optimization. Integrating these materials with traditional construction materials not only enhances the thermal capacity of building envelopes but also facilitates the automatic regulation of indoor temperatures, thereby reducing reliance on mechanical heating and cooling systems.This study provides an in-depth examination of the thermal behavior of various types of phase change materials, with a focus on key components such as roofs and walls. The analysis includes an evaluation of the general and desirable properties of these materials, the identification of their different applications, the key parameters influencing their performance, and an assessment of the techniques and methods for integrating them with other construction materials.Furthermore, through a comprehensive review and analysis of studies conducted in recent years, the research offers an evaluation of the practical potential of phase change materials in different geographical regions worldwide. This assessment highlights the considerable capabilities of these materials in meeting diverse climatic and architectural needs.Finally, the main findings of this study, with an emphasis on the effectiveness of phase change materials in reducing cooling and heating loads, achieving significant energy savings, and improving thermal comfort for occupants, are thoroughly discussed in the conclusion. These results aim to guide and facilitate future research and development in the application of advanced technologies within the construction industry
جعفری، فاطمه. (1390). ذخیره‌سازی انرژی گرمایی با استفاده از PCM . پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی شیمی، دانشگاه سمنان، دانشکده شیمی. گروه شیمی.
حمزه لو، سارا. (1394). عملکرد مواد تغییر فازدهنده PCM در ذخیره‌سازی انرژی. کنفرانس بین‌المللی پژوهش‌های نوین در عمران، معماری و شهرسازی. تهران: مرکز همایش‌های بین¬المللی صداوسیما.
Afolabi, L. O., Ariff, Z. M., Megat-Yusoff, P. S. M., Al-Kayiem, H. H., Arogundade, A. I., & Afolabi-Owolabi, O. T. (2019). Red-mud geopolymer composite encapsulated phase change material for thermal comfort in built-sector. Solar Energy, 181, 464–474. http://dx.doi.org/10.1016/j.solener.2019.02.029.
Al-Absi, Z. A. A. S., Isa, M. H. M., & Ismail, M. (2018). Application of Phase Change Materials (PCMs) in Building Walls: A Review. The Advances in Civil Engineering Materials , 73–82. DOI: 10.1007/978-981-13-2511-3_9.
Al-Yasiri, Q., Al-Furaiji, M. A., & Alshara, A. K. (2019). Comparative Study of Building Envelope Cooling Loads in Al-Amarah City, Iraq. Journal of Engineering and Technological Sciences, 51(5), 632-648. https://doi.org/10.5614/j.eng.technol.sci.2019.51.5.3.
Beemkumar, N., Devarajan, Y., Maha, A., Subbiah, G., Elangovan, K., & Gnanamani, S. (2019). Experimental investigation and numerical modeling of room temperature control in buildings by the implementation of PCM in the roof. Journal of Solar Energy Engineering, 142, 1-29. http://dx.doi.org/10.1115/1.4044564.
Far, C., Far, H. (2018). Improving energy efficiency of existing residential buildings using effective thermal retrofit of building envelope. Indoor and Built Environment, 28 (6), 28-36. https://doi.org/10.1177/1420326X18794010.
Faraj, Kh., Khaled, M., Faraj, J., Hachem, F., Castelain, C. (2020). Phase change material thermal energy storage systems for cooling applications in buildings: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 119. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109579.
Gan, Vincent J.L., Lo, Irene M.C., Ma, Jun; Tse, K.T., Cheng, Jack C.P., Chan, C.M. (2020). Simulation Optimization towards Energy Efficient Green Buildings. Current Status and Future Trends, Journal of Cleaner Production, 254, . https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120012.
Jelle, B.P., Kalnæs. S.E., (2017). Cost-Effective Energy Efficient Building Retrofitting Phase Change Materials, Technologies, Optimization and Case Studies. Application in Energy-Efficient Buildings, 57–118. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-101128-7.00003-4
Jin, X., Medina, M. A., Zhang, X. (2016). Numerical analysis for the optimal location of a thin PCM layer in frame walls. Applied Thermal Engineering, 103, 1057–1063. DOI: 10.1016/j.enbuild.2019.02.037.
Liu, Zhengxuan., Yu, Zh., Yang, T., Qin, Di., Li, Shuisheng; Zhang, G., Haghighat, F., Joybari, M. M. (2018). A review on macro-encapsulated phase change material for building envelope applications. Building and Environment, 144, 281-294. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2018.08.030
Plytaria, M., Tzivanidis, Ch., Bellos, E., Alexopoulos, I., Antonopoulos, K. (2018). Thermal Behavior of a Building with Incorporated Phase Change Materials in the South and the North Wall. Computation, 7(1), 2–11 . https://www.mdpi.com/2079-3197/7/1/2.
Ürge-Vorsatz, D., Cabeza, L. F., Serrano, S., Barreneche, C., & Petrichenko, K. (2015). Heating and cooling energy trends and drivers in buildings. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 41, 85–98. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.08.039.
Wang, Hu., Lu, W., Wu, Zh., Zhang, G. (2019). Parametric analysis of applying PCM wallboards for energy saving in high-rise lightweight buildings in Shanghai. Renewable Energy, 145, 52- 64. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.05.124.