Możliwości zmniejszenia energochłonności budynków dzięki wykorzystaniu materiałów zmiennofazowych

• Autorzy: Durczak, Karolina , Zawada, Bernard , Spik, Zenon

Warianty tytułu

EN

Possibilities of reducing energy consumption of buildings through the use of phase-change materials

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem niniejszej pracy było wykazanie korzyści płynących z zastosowania materiałów zmiennofazowych do zmniejszenia energochłonności budynków dzięki możliwości akumulacji ciepła i wykorzystywania go w momencie, gdy jest ono potrzebne. Metody wykorzystujące materiały PCM swoje działanie opierają na zmianie fazy materiału, czemu towarzyszy pochłanianie oraz oddawanie energii. Bodźcem do zmiany fazy, a tym samym do akumulowania lub oddawania ciepła, jest zmiana temperatury otoczenia. W artykule zawarto charakterystykę ogólną materiałów PCM, opisano materiały wykorzystywane w budownictwie oraz dostępne techniki korzystające z materiałów zmiennofazowych w celu poprawy warunków termicznych panujących w budynku, a także wspomagające instalacje wodne (głównie ciepłej wody użytkowej). Na podstawie przeprowadzonej analizy można stwierdzić, że zastosowanie elementów budowlanych z PCM jest korzystne i w znaczny sposób przyczynia się do obniżenia kosztów utrzymania wymaganej temperatury w pomieszczeniu. Przy stosowaniu tego typu rozwiązań należy jednak pamiętać o wadach materiałów zmiennofazowych, szczególnie braku stałości ich właściwości w powtarzalnych cyklach oraz problemach z precyzyjnym określeniem momentu zmiany fazy, które mogą zmniejszyć rzeczywiste korzyści.

EN

The aim of this work was to demonstrate the benefits of using phase change materials to reduce energy consumption of buildings by the possibility of heat accumulation and using it when it is needed. Methods using PCM materials are based on the change of the material phase which is accompanied by absorption and energy donation. The stimulus to change the phase, and thus to accumulate or give off heat, is to change the ambient temperature. The work presents general characteristics of PCM materials, describes materials used in construction and available techniques using phase change materials to improve thermal conditions prevailing in the building and supporting water installations (mainly hot water). Based on the analysis, it can be concluded that the use of building components with PCM is beneficial and significantly contributes to reducing the cost of maintaining the required room temperature. However, when using this type of solution, one should remember about the disadvantages of phase-change materials, mainly in relation to the lack of constancy of material properties in repeatable cycles and problems in precisely determining the moment of phase change, which can reduce the real benefits.

Słowa kluczowe

PL

magazynowanie energii; akumulacja energii cieplnej; ciepło jawne; ciepło utajone; materiały zmiennofazowe; ciepło zmiany fazy

EN

energy storage; thermal energy storage; sensible heat; latent heat; phase change materials; heat of phase change

• Czasopismo: Rynek Instalacyjny
• Rocznik: 2019
• Tom: Nr 7-8
• Strony: 42--46
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Durczak, Karolina

• Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska

autor

Zawada, Bernard

• Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska

autor

Spik, Zenon

• Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• 1. Dincer l., Rosen M.A., Thermal energy storage: systems and applications, WILEY, 2011.
• 2. Domański R., Jaworski M., Rebow M., Thermal energy storage problems, „Biuletyn Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Warszawskiej" nr 79, 1995.
• 3. Farid M.M., Khudhair A.M., Razack S.A.K., Al-Hallaj S., A review on phase change energy storage: materials and applications, „Energy Conversion and Management" No. 45, 2004.
• 4. Zalba B., Marin J.M., Cabeza L.F., Mahling H., Review on thermal energy storage with chase change: materials, heat transfer analysis and applications, „Applied Thermal Engineering" No. 23, 2003.
• 5. Ravikumar M., Srinivasan PSS., Phase change material as a thermal energy storage material for cooling of building, „Journal of Theoretical and Applied Information Technology".
• 6. Kelly R., Latent heat storage in building materials, AMEC Design.
• 7. Jaworski M., Zastosowanie materiałów zmiennofazowych (PCM) do zwiększenia efektywności energetycznej budynków, „Izolacje” nr 4, 2009.
• 8. Jaworski M., Możliwości poprawy efektywności ener¬getycznej budynków przez zastosowanie materiałów PCM, „Chłodnictwo" nr 9, 2009.
• 9. Jaworski M., Materiały zmiennofazowe (PCM) do zastosowania w budownictwie, „Polska Energetyka Słoneczna" nr 1-4, 2008.
• 10. Jaworski M., Materiały zmiennofazowe (PCM) w budownictwie - właściwości i rodzaje, „Izolacje" nr 1, 2009.
• 11. Jaworski M., Materiały zmiennofazowe w elementach konstrukcyjnych ścian i podłóg, „Izolacje" nr 11-12, 2009.
• 12. Jaworski M., Deuszkiewicz M., Wybrane zagadnienia dotyczące możliwości zastosowania materiałów zmiennofazowych (PCM) w budownictwie, „Prace naukowe Politechniki Warszawskiej. Konferencje", z. 26, 2009.
• 13. Kalnaes S.E., Jelle B.P., Phase change materials and products for building applications: A state-of-the-art. Review and future search opportunities, „Energy nad Buildings" No. 94, 2015, p. 150-176.
• 14. Shi X., Memon S.A., Tang W.C., Cui H.Z., Xing F., Experimental assessment of position of macro encapsulated phase change material in concreto walls on indoor temperatures and humidity levels, „Energy and Buildings" No. 71, 2014, p. 80-87.
• 15. Cabeza L.F., Castellon C., Nogues M., Medarno M., Leppers R., Zubillaga O., Use of microencapsulated PCM in concrete walls for energy savings, „Energy and Buildings" No. 39, 2007, p. 113-119.
• 16. Evola G., Marletta L., Sicurella F., A methodology for investigating the effectiveness of PCM wallboard for summer thermal comfort in buildings, „Energy and Environment" No. 59, 2013, p. 517-527.
• 17. Alawadhi E.M., Using phase change materials in window shutter to reduce the solar heat gain, „Energy and Buildings" No. 47, 2012, p. 421-429.
• 18. Alqallaf H.J., Alawadhi E.M., Concrete roof with cylindrical holes containing PCM to reduce the heat gain, „Energy and Buildings" No. 61, 2013, p. 73-80.
• 19. Lin K., Zhang Y., Xu X., Di H., Yang R., Qin P., Experimental study of under-floor electric heating system with shape-stabilized PCM plates, „Energy and Buildings" No. 37, 2005, p. 215-220.
• 20. Konstantinidou Ch.V., Integration of thermal energy storage in buildings, The University of Texas at Austin, 2010, p. 31.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).