مدلسازي كاربرد ماده تغيير فاز دهنده در ساختمان با هدف كاهش مصرف انرژي

Simulation of Wall and Roof of a Building Filled with Phase Change Material

ساختمان ها در سطح جهاني 40 درصد از مصرف انرژي را به خود اختصاص مي دهند و بخش قابل توجهي از اين انرژي سهم كنترل دماي ساختمان مي شود. يكي از راه حل هاي جديد جهت كاهش مصرف انرژي در ساختمان و استفاده از منابع تجديد پذير انرژي استفاده از مواد تغيير فاز دهنده در مصالح و اجزاي ساختمان مي باشد. در اين مطالعه، كارآيي حرارتي يك لايه PCM آلي در سقف و ديوارهاي يك ساختمان در دو اقليم گرم-مرطوب (بوشهر) و سرد-خشك (همدان) با هدف كاهش مصرف انرژي، بهبود شرايط آسايش داخلي، كاهش نوسان دماي داخلي ساختمان و يكنواخت كردن مصرف انرژي ساختمان در طول شبانه روز شبيه سازي شد. از اين رو مدل يك بعدي انتقال حرارت با روش تفاضل محدود صريح و با استفاده از نرم افزار C++ حل و نتايج به دست آمده با نتايج تجربي ساير تحقيقات مشابه مقايسه شد. ماده‌ي تغيير فاز دهنده، پارافين C18 با دماي تغيير فاز 28 درجه‌ي سانتيگراد است. به منظور ارزيابي شرايط بهينه‌ي كاربرد PCM، ضخامت‌هاي يك، دو و سه سانتي‌متري ماده‌ي تغيير فاز دهنده، شرايط متفاوت آب و هوايي در دو شهر بوشهر و همدان در طول يك سال و جهت گيري‌هاي متفاوت ديوار مطالعه شد. نتايج به دست آمده نشان مي‌دهد كه ضخامت سه سانتي‌متري بهترين عملكرد را دارا مي‌باشد و استفاده از يك لايه‌ي سه سانتيمتري PCM با دماي تغيير فاز 28 درجه سانتيگراد، شار حرارتي ورودي به ساختمان از طريق سقف را تا 30 درصد در بوشهر و 47 درصد در همدان در فصل تابستان كاهش مي‌دهد. همچنين حداكثر دماي داخل ساختمان در فصل بهار در هر دو اقليم 2 درجه سانتيگراد و در فصل تابستان به ترتيب 4 و 2 درجه در همدان و بوشهر كاهش يافته است. بهترين عملكرد ماده‌ي تغيير فاز دهنده در ديوار، مربوط به ديوار جنوبي و در ماه‌هايي از سال است كه ميانگين دمايي نزديك به دماي تغيير فاز دارند.

PCMs are materials with thermal storage capability which are used with two purposed in buildings: Increase the thermal interia of the building to greater use of the natural heat of the sun to heat and also reduce the need for heating and cooling by cooling-heating equipment. In this study the use of a pcm layer in the ceiling and walls of a building is simulated using the c++ software in a hot and humid climate (Boushehr) and cold and dry climate (Hamedan) to energy consumption and maintain indoor temperature close to comfortable temperature. The effects of PCM layer on reduce input/loss heat in summer and winter and the internal tempreture of the ceiling and walls were evaluted in all months of the year. Also, to explore the best orientation for the wall includes PCM, different orientation of the wall is simulated. The results showed that the phase change temperature of PCM should be in the range work of desired climate. Hence, PCM that used for a climate will not be suitable for another the use of a 3cm layer of PCM with the phase change temperature of 280C can reduce the input/loss heat through the roof of the building to 61% in summer and 12% in winter in Boushehr city. Also, by increasing the thickness of the PCM, it’s performance improvements in this area. The results of the simulation showed that the PCM in the wall facing south show best performance.