Zasobnik ciepła zintegrowany z systemem wentylacji budynku wykonany z kompozytu domieszkowanego materiałem zmiennofazowym – badania eksperymentalne charakterystyk ciepła

• Autorzy: Jaworski M.

Identyfikatory

DOI

10.15199/8.2015.7-8.5

Warianty tytułu

EN

PCM base thermal energy storage unit integrated with building ventilation system – experimental study of its thermal characteristics

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono koncepcję wkomponowania materiałów zmiennofazowych w strukturę budynku. Materiały te charakteryzują się dużą pojemnością cieplną, ich obecność w strukturze budynku zwiększa bezwładność cieplną całej budowli, przyczyniając się w ten sposób do stabilizacji temperatury wewnętrznej. Koncepcja przewiduje wykonanie z kompozytu wytworzonego na bazie zaprawy gipsowej i materiału zmiennofozowego PCM panelu sufitowego z kanałami wentylacyjnymi. Panel ten tworzyłby regeneracyjny zasobnik ciepła przejmujący energię od ciepłego powietrza (w ciągu dnia) i oddający ją do chłodnego powietrza (w nocy). Wykonano model laboratoryjny obejmujący powtarzalny element panelu sufitowego i przeprowadzono serię pomiarów jego charakterystyk cieplnych, jako miarę efektywności proponowanego rozwiązania przyjęto zdolność do tłumienia dobowych oscylacji temperatury powietrza pobieranego do celów wentylacji pomieszczeń. Wyniki pomiarów dały także bardziej szczegółowe informacje o intensywności procesów wymiany ciepła w czasie ładowania i rozładowania zasobnika ciepła, które mogą być wykorzystane do optymalizacji geometrycznej podobnych konstrukcji elementów budowlanych z materiałami PCM.

EN

In the paper a new concept of phase change materials (PCMs) integration with building envelope is presented. These materials due to high thermal capacity when integrated with the building structure lead to the stabilization of interior temperature. The idea is to build a ceiling in the form of thick board with parallel internal channels for air flow. 5uch a ceiling would be a port of a building ventilation system - air taken from the environment flows through the channels and ex-change heat with a the construction material. Due to increased thermal capacity, resulting from the content of PCM, the panel works as a regenerative heat exchanger. When a melting point of PCM is properly chosen it is possible that air temperature f/owing into the building reach a level corresponding to thermal comfort conditions, regardless the temperature at the intake. Warm air (during a day) release the heat basically to PCM causing its melting. During night time cool ambient air is heated up while it takes back heat accumulated in PCM. An experimental set-up based on the above concept was developed. A series of tests in different conditions (inlet air temperature, air flow rate) were performed. Information on thermal performance of the ceiling panel as well as detailed data on heat transfer process were obtained and discussed in the paper.

Słowa kluczowe

PL

materiały zmiennofazowe; PCM; akumulacja ciepła; zasobniki ciepła; wentylacja

EN

phase change materials; thermal energy storage; night ventilation; building materials

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Chłodnictwo : organ Naczelnej Organizacji Technicznej
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 50, nr 7-8
• Strony: 44--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jaworski M.

• Politechnika Warszawska, Instytut Techniki Cieplnej

Bibliografia

• [1] N. Soares, J.J. Costa, A.R. Gaspar, P. Santos, Re-view of passive PCM latent heat thermal energy storage Systems towards buildings' energy efficiency, Energy and Buildings 59 (2013) 82-103.
• [2] Tung-Chai Ling, Chi-Sun Poon, Use of phase change materials for thermal energy storage in concrete, Construction and Building Materials 46(2013)55-62.
• [3] F. Kuznik, D. David, K. Johannes, J.-l. Roux, A review on phase change materials integrated in building walls, Renewable and Sustainable Energy Reviews 15 (2011) 379-391.
• [4] A. Waqas, Zia Ud Din, Phase change material(PCM)storage for free cooling of buildings A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews 18 (2013) 607-625
• [5] L.F. Cabeza, A. Castell, C. Barreneche, A. de Gracia, A.l. Fernandez, Materials used as PCM in thermal energy storage in buildings: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews 15 (2011)1675-1695.
• [6] D. Zhou, C.Y. Zhao, Y. Tian, Review on thermal energy storage with phase change materials (PCMs) in building applications, Applied Energy 92(2012)593-605.
• [7] P. Tatsidjodoung, N. Le Pierres, L. Luo, A review of potential materials for thermal energy storage in building applications, Renewable and Sustainable Energy Reviews 18 (2013) 327-349.
• [8] A. Waqas, S. Kumar, Thermal performance of latent heat storage for free cooling of buildings in a dry and hot climate: An experimental study, Energy and Buildings 43 (2011) 2621-2630.
• [9] K. Yanbing, l. Yi, Z. Yinping, Modeling and experimental study on an innovative passive cooling system - NVP system, Energy and Buildings 35 (2003)417-425.
• [10] G. Susman, Z. Dehouche, T. Cheechern, S. Craig, Tests of prototype PCM 'sails' for office cooling, Applied Thermal Engineering 31 (2011) 717-726.
• [11] G. Zhou, Y. Yang, H. Xu, Energy performance of a hybrid space-cooling system in an office building using SSPCM thermal storage and night ventilation, Solar Energy 85 (2011) 477-485.
• [12] V. Butala, U. Stritih, Experimental investigation of PCM cold storage, Energy and Buildings 41 (2009) 354-359,
• [13] M. Koschenz, B. Lehmann, Development of a thermally activated ceiling panel with PCM for application in lightweight and retrofitted buildings, Energy and Buildings 36 (2004) 567-578.
• [14] G. Fraisse, R. Boichot, J.-L. Kouyoumji, B. Souyri, Night cooling with a ventilated internal double wall, Energy and Buildings 42 (2010) 393-400.
• [15] M. Pomianowski, P. Heiselberg, R. L. lensen, Dynamiv heat storage and cooling capacity of a concrete deck with PCM and thermally activated building system, Energy and Buildings, 53 (2012)96-107.
• [16] G. Euola, L. Marletta, F. Sicurella, A methodology for investigating the effectiveness of PCM wall-boards for summer thermal comfort in buildings, Building and Environment 59 (2013) 517-27.
• [17] M.A. Izquierdo-Barrientos, J.F. Belmonte, D. Rodriguez-Sanchez, A.E. Molina, J,A. Almendros -Ibanez, A numerical study of external building walls containing phase change materials (PCM), Applied Thermal Engineering 47 (2012) 73-85.
• [18] C. Arkar, B. Vidrih, 5. Medved, Efficiency of free cooling using latent heat storage integrated into the ventilation system of a Iow energy building, International Journal of Refrigeration 30 (2007) 134-143.
• [19] P. Dolado, A. Lazaro, J.M. Marin, B. Zalba, Characterization of melting and solidification in a real scale PCM-air heat exchanger: Numerical model and experimental validation, Energy Conversion and Management 52 (2011) 1890-1907.
• [20] V.V. Tyagi, D. Buddhi, R. Kothari, S.K. Tyagi, Phase change material (PCM) based thermal management system for cool energy storage application in building: An experimental study, Energy and Buildings 51 (2012)248-254.
• [21] A.H. Mosaffa, C.A. Infante Ferreira, M.A. Rosen, F. Talati, Thermal performance optimization of free cooling systems using enhanced latent heat thermal storage unit, Applied Thermal Engineering 59 (2013) 473-479.
• [22] V.A.A. Raj, R. Velraj, Heat transfer and pressure drop studies on a PCM-heat exchanger module for free cooling applications, Int. Journal of Thermal Sciences 50 (2011) 1573-1582.
• [23] Alvaro de Gracia, L. Mavarro, A. Castell, L.F. Cabeza, Numerical study on the thermal performance of a \rentilated facade with PCM, Applied Thermal Engineering 61 (2013)372-380
• [24] E. Rodriguez-Ubinasa, L. Ruiz-Valero, 5. Vega, J. Neila, Applications of Phase Change Material in highly energy-efficient houses, Energy and Buil¬dings 50 (2012) 49-62.
• [25] http://www.mir.gov.pI/budownictwo/7./start, aps
• [26] M. Jaworski, Thermal performance of building element containing phase change material (PCM) integrated with ventilation system - an experimental study, Applied Thermal Engineering, 70 (2014) 665-674.
• [27] M. Jaworski, 5. Abeid, Thermal conductivity of gypsum containing phase change material (PCM) for building applications, Journal of Power Technologies 91 (2011)49-53