A concept of a thermal comfort system with energy storage in structure of the building

• Autorzy: Zbrowski A. , Kozioł S. , Jóźwik W. , Prymon M.

Warianty tytułu

PL

Koncepcja systemu do utrzymywania komfortu cieplnego w budynku wykorzystującego magazynowanie energii w strukturze budynku

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The manuscript presents concept of system for keeping thermal comfort in low-energy buildings with the use of the energy storage in the structural elements of the building. The system uses both the daily fluctuations of outdoor air temperature as well solar energy, respectively, to remove the heat gains during summer and compensate heat losses during winter. In order to achieve the required heat capacity with the low temperature difference, it is necessary to provide the sufficiently large heat transfer area and an efficient energy storage system. An effective system capable of providing thermal comfort conditions in a building with acceptable cost requires maximizing heat capacity and heat transfer conditions as well as an enlarged heat transfer area. Providing an acceptable payout time also requires the use of typical structural elements of the building as energy reservoirs. Therefore, it was assumed that the accumulation of the energy should be provided by modified gypsum plasterboards used for drywall construction. Ventilated, multichannel wall plates made of gypsum modified by an admixture of the phase change materiał (PCM) with a melting point close to the temperature of thermal comfort in residential buildings provide a large heat capacity and a relatively stable temperature during processes of energy absorption and emission.

PL

Artykuł przedstawia koncepcję systemu utrzymującego komfort cieplny w budynku energooszczędnym wykorzystującego magazynowanie ciepła w strukturze obiektu budowlanego. System wykorzystuje dzienne wahania temperatury i energię słoneczną do usuwania zysków ciepła latem i kompensowania strat zimą. W celu osiągnięcia wymaganej pojemności cieplnej systemu przy niewielkich zmianach temperatury, konieczne jest zapewnienie wystarczającej powierzchni wymiany ciepła i wydajnego systemu magazynowania energii. Efektywny system, umożliwiający uzyskanie komfortu cieplnego przy akceptowalnym okresie zwrotu, wymaga zmaksymalizowania pojemności cieplnej, współczynnika wnikania oraz powierzchni wymiany ciepła. Zapewnienie możliwie krótkiego czasu amortyzacji systemu wymaga również wykorzystania typowych elementów konstrukcji budynku jako magazynów energii. W rozwiązaniu przyjęto, że akumulacja energii jest zapewniona przez zmodyfikowane płyty gipsowe wykorzystywane do suchej zabudowy. Wentylowana, wielokanałowa płyta ścienna wykonana z gipsu zmodyfikowanego przez dodatek materiału zmienno-fazowego (PCM - ang. Phase Change Material) o temperaturze topnienia zbliżonej do temperatury komfortu cieplnego w budynku mieszkalnym, zapewnia wymaganą pojemność cieplną, dużą powierzchnię wymiany ciepła i niewielką różnicę temperatury podczas pochłaniania i oddawania energii.

Słowa kluczowe

EN

phase change material; thermal comfort; energy storage

PL

materiał zmiennofazowy; komfort cieplny; magazynowanie energii

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2016
• Tom: no. 4
• Strony: 155--163
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Zbrowski A.

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute, Radom

autor

Kozioł S.

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute, Radom

autor

Jóźwik W.

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute, Radom

autor

Prymon M.

• Thessla Green, Kraków

Bibliografia

• 1. Energy-efficient buildings PPP multi-annual roadmap and longer term strategy. European Commission. Directorate-General for Research. 2010.
• 2. Kozioł S., Zacharski S.: Methodology of comparative studies on air-handling units with heat recuperation. Solid State Phenomena 2015, 237, 148-153.
• 3. Kozioł S., Zbrowski A.: System for the measurement of efficiency of heat recuperation in ventilation systems in energy efficient buildings. Solid State Phenomena. 2015, 223, 308-315.
• 4. Zbrowski A., Kozioł S.: Recuperation as a method preventing heat loss in a building. (in Polish) Chapter in a monograph: Selected issues in civil engineering . Edited by: Anna Sobocińska. Instytut Naukowo-Wydawniczy ,,SPATIUM", Radom 2014. ISBN 978-83-62805-41-9, 281-292.
• 5. Kozioł S., Zbrowski A.: Testing the efficiency of heat recovery in heat exchangers used in ventilation systems of energy-efficient buildings. (in Polish) Chapter in a monograph: Selected issues in civil engineering. Edited by: Anna Sobocińska. Instytut Naukowo-Wydawniczy „SPATIUM", Radom 2014. ISBN 978-83-62805-41-9, 63-76.
• 6. Directive 2010/31/EU of the European Parliament and of the Council of 19 May 2010 on the energy performance of buildings.
• 7. Prymon M., Houzeaux G.: Numerical Simulation of Thermal Energy Storage in Building Elements Using Finite Elements Method and Inverse Problem Based on Evolutionary Algorithm for Determination of the Thermal Properties of PCM Modified concrete, Science and Computing in Europe - Report 2008, CINECA Cansorzio Interuniversitario 2008.
• 8. Prymon M. Schnotale J.: Application of Inverse Problem and Evolutionary Algorithm for Identification of Thermal Properties of Building Materials with Enhanced Thermal Capacity. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja. 2011, Vol. 42, No. 5, 194-198. (in Polish).
• 9. Prymon M., Schnotale J.: Lowering air conditioning refrigeration load by implementation of heat storage. Czasopismo Techniczne. Środowisko. 2012, Vol. 109, No. 4- Ś, 125-136 (in Polish).
• 10. Prymon, M: (2007) Air conditioning system with thermal energy storage in the building structure. Ph.D. Thesis. Cracow University of Technology. Poland.
• 11. Jaworski M.: The use of phase change materials (PCM) to increase the thermal inertia of the building. Izolacje. 2009, 6, 56-61 (In Polish).
• 12. Evola G., Marietta L.: The Effectiveness of PCM Wallboards for the Energy Refurbishment of Lightweight Buildings. Energy Procedia. 2014, 62, 13-21.
• 13. Hasse C., Grenet M., Bontemps A., Dendievel R., Sallee H.: Realization, test and modeling of honeycomb wallboards containing a phase change materiał. Energy and Buildings. 2011, 43, 232-238.
• 14. Ongun B. Kazanci, Skrupskelis M., Sevela P., Pavlov G.K., Olesen B.W.: Sustainable heating, cooling and ventilation of a plus-energy house via photovoltaic/thermal panels. Energy and Buildings. 2013, 58, 324-332.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.