The influence of phase change materials on energy balance and the risk of overheating

• Autorzy: Zastawna-Rumin A.

Warianty tytułu

PL

Wpływ materiałów fazowo-zmiennych na bilans energetyczny i ryzyko przegrzewania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of a computer simulation of a building under the assumption of the presence of a phase change material in wall elements. The influence on the cooling energy requirements and, also, the risk of overheating of the low-energy building (without HVAC systems) have been analyzed. The obtained results were compared with the ones of a low-energy building without a phase change material in walls. The comparison calculations were performed for a model of a service building located in Silesia, which is built according to an energy-efficient standard. It has a light-frame construction with light covering (external panels, heat-insulation, interior plasterboard). In the study, the presence of a 1 cm thick PCM board placed under the inner surface of plasterboard is assumed. Tests were conducted for organic materials that undergo phase transition in different temperatures, such as: 23°C, 25°C and 27°C. Based on the results of operative temperature measurements, it is possible to determine the influence of PCM on the risk of building’s overheating.

PL

W artykule przedstawiono wyniki komputerowych symulacji budynku, zakładając wbudowanie w jego przegrody materiału fazowo-zmiennego. Analizowano wpływ zastosowania różnych materiałów fazowo-zmiennych na zapotrzebowanie energii do chłodzenia budynku i ryzyko przegrzewania wnętrza obiektu (nie wyposażonego w instalację chłodzącą). Wyniki porównywano do stanu wyjściowego (bez PCM). Przedmiotem porównawczych obliczeń jest model istniejącego budynku o charakterze usługowym, zlokalizowany w województwie śląskim. Budynek ma konstrukcję szkieletową z lekkim poszyciem (blacha elewacyjna, termoizolacja, blacha konstrukcyjna). W kolejnych wariantach pod powierzchnią blachy od strony wewnętrznej założono wbudowanie PCM w postaci mat o grubości 1 cm. Materiałem ulegającym przemianie fazowej jest materiał organiczny. Analizie poddano warianty z zastosowaniem PCM o różnej temperaturze przemiany fazowej, tj. 23°C, 25°C, 27°C. Na podstawie wyników obliczeń temperatury operatywnej można określić wpływ MFZ na ryzyko przegrzewania budynku.

Słowa kluczowe

EN

heat capacity; phase change material

PL

pojemność cieplna; materiał fazowo-zmienny

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Budownictwo
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 111, z. 5-B
• Strony: 297--303
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., il., wykr., tab.

Twórcy

autor

Zastawna-Rumin A.

• Institute of Building Materials and Structures, Faculty of Civil Engineering, Cracow University of Technology

Bibliografia

• [1] Wnuk R., Magazynowanie ciepła, pozyskanego z energii promieniowania słonecznego, z wykorzystaniem materiałów fazowo-zmiennych, w budownictwie, II Konferencja SOLINA 2008, Innowacyjne Rozwiązania. Materiały i Technologie dla Budownictwa, Solina 2008, 521-528.
• [2] Muruganantham K., Application of Phase Change Material in Buildings: Field Data vs. EnergyPlus Simulation, Arizona State University, 2010.
• [3] Rodriguez-Ubinas E., Arranz Arranz B., Vega Sánchez S., González F.J., Influence of the use of PCM drywall and the fenestration in building retrofitting, Energy and Buildings 65, 2013, 464-476.
• [4] Jaworski M., Zastosowanie materiałów zmiennofazowych PCM w budownictwie, Materiały budowlane, 2, 2012, 30-33.
• [5] Ostermana E., Tyagib V.V., Butala V., Rahim N.A., Stritih U., Review of PCM based cooling technologies for buildings, Energy and Buildings 49, 2012, 37-49.
• [6] Rostamizadeha M., Khanlarkhani M., Sadrameli S.M., Simulation of energy storage system with phase change material (PCM), Energy and Buildings 49, 2012, 419-422.
• [7] Jaworski M., Materiały zmiennofazowe (PCM) w budownictwie – właściwości i rodzaje, Izolacja 02/2009.
• [8] Baetensa R., Jelle B.P., Gustavsend A., Phase change materials for building applications: A state-of-the-art review, Energy and Buildings 42, 2010, 1361-1368.
• [9] Tabares-Velasco P.C., Christensen C., Bianchi M., Verification and validation of EnergyPlus phase change material model for opaque wall assemblies, Building and Environment 54, 2012, 186-196.
• [10] Evola G., Marletta L., Sicurella F., A methodology for investigating the effectiveness of PCM wallboards for summer thermal comfort in buildings, Building and Environment 59, 2013, 517-527.
• [11] Soaresa N., Costab J.J., Gasparb A.R., Santosc P., Review of passive PCM latent heat thermal energy storage systems towards buildings’ energy efficiency, Energy and Buildings 59, 2013, 82-103.
• [12] Ibáñez M., An approach to the simulation of PCMs in building applications using TRN-SYS., Appl Therm Eng, 25 (11–12), 1, 2005, 796-807.
• [13] Pedersen, CO. Advanced zone simulation in EnergyPlus: incorporation of variable properties and phase change material (PCM) capability, Building simulation, Beijing, China 2007.
• [14] Heim D, Clarke JA., Numerical modelling and thermal simulation of PCM gypsum composites with ESP-r., Energy Build, 36 (8), 2004, 795-805.