Διερεύνυση της αποδοτικότητας στρώματος υλικών αλλαγής φάσης (PCM) τοποθετημένο στο κέλυφος των κτιρίων

Abstract

H παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τόσο τη θεωρητική όσο και την πειραματική μελέτη των υλικών αλλαγής φάσης.

Συγκεκριμένα, στο πρώτο μέρος, το θεωρητικό, γίνεται αρχικά αναφορά στην αναγκαιότητα χρήσης νέων τεχνολογιών εξοικονόμησης ενέργειας και κυρίως των υλικών αλλαγής φάσης. Έπειτα ακολουθεί η παρουσίαση των ιδιοτήτων αυτών των υλικών, της ταξινόμησής τους σε κατηγορίες καθώς επίσης και των προβλημάτων που συχνά εμφανίζονται. Στη συνέχεια αναλύονται διεξοδικά όλα τα είδη των

εφαρμογών τους σε διάφορους τομείς της καθημερινότητας με έμφαση στον κτιριακό τομέα και ειδικότερα στις μελέτες που έχουν γίνει μέχρι σήμερα για την χρήση των υλικών αυτών στην τοιχοποιία.

Στο δεύτερο μέρος εξετάζεται η αποδοτικότητα στρώματος Υλικού Αλλαγής Φάσης (PCM) ενσωματωμένου σε τοίχο νότιου, ανατολικού, δυτικού και βόρειου προσανατολισμού, ο οποίος φορτίζεται εξωτερικά, συναρτήσει διαφόρων παραμέτρων.

Αναλυτικά:

Το πρώτο κεφάλαιο επιχειρεί μία εισαγωγή στην εργασία, με παράθεση στοιχείων γύρω από τη γενικότερη ενεργειακή κρίση που πλήττει τον πλανήτη Γη.

Το δεύτερο κεφάλαιο περιλαμβάνει θεωρητικά στοιχεία γύρω από το φαινόμενο της αλλαγής φάσης, με εισαγωγικά και εγκυκλοπαιδικά στοιχεία γύρω από τις σχετικές υπεισερχόμενες έννοιες. Περιέχει επίσης μια εισαγωγή γύρω από την έννοια της αποθήκευσης θερμικής ενέργειας.

Στο τρίτο κεφάλαιο πληροφορούμαστε για τα υλικά αλλαγής φάσης, τις ιδιότητες που πρέπει να έχουν, τις κατηγορίες στις οποίες ανήκουν, τα προβλήματα που παρουσιάζουν καθώς και τους τρόπους αντιμετώπισής τους, τους τρόπους μέτρησης των ιδιοτήτων τους και τέλος, τις μεθόδους προσομοίωσης της αλλαγής φάσης των υλικών.

Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται, αρχικά, μια σύντομη ιστορική αναδρομή των εφαρμογών, στις οποίες χρησιμοποιήθηκαν υλικά αλλαγής φάσης, από την απαρχή του επιστημονικού ενδιαφέροντος μέχρι σήμερα και στη συνέχεια αναφέρονται αναλυτικά οι πιο γνωστές εφαρμογές των υλικών αλλαγής φάσης στον κτιριακό τομέα.

Το πέμπτο κεφάλαιο περιλαμβάνει λεπτομερώς τις σημαντικότερες, σύγχρονες, βιομηχανικές εφαρμογές των υλικών αλλαγής φάσης σε διάφορους τομείς της καθημερινότητας.

Στο έκτο κεφάλαιο, όπου αρχίζει και το υπολογιστικό μέρος, γίνεται η παρουσίαση της εφαρμογής καθώς και της μεθόδου που εφαρμόζεται και περιέχονται διάφορες εξισώσεις απαραίτητες για την ανάπτυξη του κυρίως θέματος της διπλωματικής.

Στο έβδομο κεφάλαιο περιγράφονται αναλυτικά οι δύο παραμετρικές μελέτες και εξετάζεται η αποδοτικότητα των υλικών αλλαγής φάσης συναρτήσει διαφόρων παραμέτρων. Περιέχονται επίσης και τα διαγράμματα που προέκυψαν από τις δύο μελέτες.

Στο όγδοο και τελευταίο κεφάλαιο συγκεντρώνονται τα τελικά συμπεράσματα και αποτελέσματα σπό τη διεξαγωγή της υπολογιστικής αυτής μελέτης και παρουσιάζονται διάφορες προτάσεις για μελλοντική εργασία.

This thesis deals with both theoretical and experimental study of phase change materials.

Especially, the first part, the theoretical one, starts with the reference to the need of using new energy-saving technologies with phase change materials. Then follows the presentation of the properties of these materials, their classification in categories as well as the problems that often occur. After that, the dissertation analyzes all kinds of applications in various areas of everyday life with an emphasis on the building sector and specifically on the studies performed concerning the use of these materials in the masonry.

The second part studies the efficiency of a phase change material (PCM) layer, embedded in a south, east, west and north -oriented wall which is loaded externally by the sun, depending on various parameters.

Specifically:

The first chapter is an introduction to the thesis, providing data that have to do with the overall energy crisis affecting our planet.

The second chapter includes details concerning the phase change phenomenon, with sources and encyclopedic information. It also contains an introduction on the concept of thermal energy storage .

In the third chapter we learn more about the phase change materials, the properties they must have, the categories they belong to, the problems we encounter and how we can overcome them, the measurements of their properties and last but not least the methods of simulating the PCM.

In the fourth chapter, at first, there is a brief historical overview of the PCM applications, from the beginning of the scientific interest until today and then there is a well-detailed presentation of the most common PCM applications in buildings.

The fifth chapter refers to the modern, industrial PCM applications in various areas of everyday life.

The sixth chapter begins with the description of the experimental part, the method used and the various equations necessary for the development of the main theme of the thesis.

The seventh chapter describes in detail the two parametric studies and examines the efficiency of the phase change materials by using

different parameters. It also contains a large variety of diagrams from the two studies.

The eighth and final chapter brings together the results and final conclusions drawn by experimental study and presents several recommendations for future work.