Thermal properties of transparent barrier modified with organic PCMs

• Autorzy: Musiał M. , Kaczmarzyk M.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2016.119

Warianty tytułu

PL

Badania właściwości przegród transparentnych modyfikowanych materiałami zmiennofazowymi pochodzenia organicznego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Renewable energy sources are increasingly often applied in civil engineering as a mean to reduce buildings energy demand for heating. One of the ways to reduce HVAC energy demand is to limit heat transfer and excessive solar gain through building's glazed barriers. Preliminary results of the research conducted on organic PCM-modified transparent barrier are presented in this paper. Multiple publications concerning PCMs application in structural materials have recently appeared. Most of them are focused on modification of structure of non-transparent sections of buildings' envelope. Augmenting a glazed barrier with PCMs increases its heat capacity and thermal resistance. The most important feature of the assembly is the thermal buffer, a product of PCM's considerable value of specific latent heat. Research were conducted on a triple-pane transparent rectangular barrier, that constituted one of the faces of cubic chamber. Internal volume of the chamber was 1m3. The applied PCM was a mixture of saturated and non-saturated hydrocarbons. The described assembly was subjected to temperature and radiation that occur in Poland during winter. Glazing temperature, melted/total PCM ratio were measured, as well as energy demand for keeping internal temperature at constant level. Measurements were made in steady states, for various PCM layer thickness. The influence of the modification on energy demand was determined, along with the most effective and rational thickness of PCM layer to be applied. Conducted research enabled to develop a basis for further investigation of PCMs application in civil engineering.

PL

Obecnie, aby obniżyć koszty związane z utrzymaniem temperatury powietrza w budynku, coraz częściej wykorzystuje się odnawialne źródła energii. Jednym ze sposobów obniżenia kosztów utrzymania budynku jest ograniczenie strat ciepła oraz nadmiernego przegrzania pomieszczeń przez okna. W niniejszym artykule przedstawione zostały wstępne wyniki badań sprawdzających zasadność modyfikowania przeszkleń PCM-ami pochodzenia organicznego W przeciągu kilku ostatnich lat można zaobserwować wzrost ilości prac naukowych opisujących możliwości modyfikowania materiałów budowlanych PCM-ami. Zdecydowana większość wyżej wspomnianych prac odnosi się do modyfikacji stropów, dachów i ścian wykonanych z różnych materiałów. Modyfikacja przeszkleń PCM-ami pozwala na zwiększenie bezwładności termicznej przegrody, zwiększenie oporu cieplnego szyby oraz utworzenie buforu cieplnego związanego z ciepłem przemiany fazowej PCM-u. Badaniom zostało poddane przeszklenie dwukomorowe o wymiarach 80,5cm x 80,5 cm, będące jedną ze ścian sześciennej komory. Wewnętrzna kubatura komory wynosi 1m3. Materiałem zmiennofazowym użytym do badań jest mieszanina węglowodorów nasyconych i nienasyconych o temperaturze przemiany fazowej 38-41ºC oraz cieple przemiany fazowej 135 kJ/kg. Opisaną wyżej komorę wraz z PCM-em poddano działaniu temperatury i promieniowania, odpowiadającym wartościom rzeczywistym w Polsce w sezonie zimowym. Dla zadanych warunków mierzono stopień [%] zmiany fazy PCM-u, temperaturę przeszklenia oraz ilości energii potrzebnej do utrzymania stałej temperatury wewnątrz komory. Wyniki zostały odczytane dla stałych warunków (temperatury i natężenia promieniowania) oraz różnych grubości PCM-u. Na podstawie przeprowadzonych badań określono ilość zużytej energii potrzebnej do utrzymania określonej temperatury w komorze. Dodatkowo określono grubość PCM-u, która pozwoli na jego racjonalne wykorzystanie. Przeprowadzone badania stanowią podstawę do prowadzenia dalszych modyfikacji cech chemicznych i fizycznych PCM-ów wykorzystywanych w budownictwie.

Słowa kluczowe

EN

phase change materials; modified transparent barriers; latent heat; thermal insulation

PL

materiały zmiennofazowe; przegrody przezroczyste; przegrody modyfikowane; ciepło utajone; izolacja termiczna

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2016
• Tom: z. 63, nr 2/I
• Strony: 171--178
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Musiał M.

• , Rzeszow University of Technology, 35-959 Rzeszow, al. Powstańców Warszawy 12, tel. [phone]

autor

Kaczmarzyk M.

• Rzeszow University of Technology, 35-959 Rzeszow, al. Powstańców Warszawy 12, tel. [phone]

Bibliografia

• [1] Esam M., Alawadhi E. M.: Using phase change materials in window shutter to reduce the solar heat gain, Energy and Buildings, Volume 47, April 2012, Pages 421–429.
• [2] Grynning S., Goia F., Rognvik E., Time B.: Possibilities for characterization of a PCM window system using large scale measurements, International Journal of Sustainable Built Environment, Volume 2, Issue 1, June 2013, Pages 56–64.
• [3] Hsino M., Pasławski J.: Materiały zmiennofazowe jako modyfikator betonu dojrzewającego w klimacie gorącym i suchym, www.izolacje.com {dostęp 27.03.2015}.
• [4] Ismail K. A. R., Henriequez J. R.: PCM Glazing Systems, International Journal Of Energy Research, Vol. 21, 1997, Pages 1241–1255.
• [5] Jaworski M.: Materiały zmiennofazowe (pcm) w budownictwie – właściwości i rodzaje, www.izolacje.com {dostęp 27.03.2015}.
• [6] Shamberger P. J., Reid T.: Thermophysical Properties of Potassium Fluoride Tetrahydrate from (243 to 348) K, Jurnal of chemical & engineering, Volume 58, 2013, Pages 294-300.
• [7] Silva T., Vicente R., Rodrigues F., Samagaio A., Cardoso C.: Development of a window shutter with phase change materials: Full scale outdoor experimental approach, Energy and Buildings, Volume 88, 1 February 2015, Pages 110–121.
• [8] Soares N., Costa J. J., Gaspar A. R., Santos P.: Review of passive PCM latent heat thermal energy storage systems towards buildings energy efficiency, Energy and Buildings, Volume 59, April 2013, Pages 82–103.

Uwagi

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