Εισαγωγή "Εσωτερικής Θερμοκρασίας Ηλίου-Αέρος" κατ’ αναλογίαν της εξωτερικής για τον προσεγγιστικό προσδιορισμό της απόδοσης των υλικών αλλαγής φάσης (PCM) σε εσωτερικούς τοίχους κτιρίων

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται το θέμα των υλικών αλλαγής φάσης, δίνοντας έμφαση στη δυνατότητα εφαρμογής αυτής της τεχνολογίας υλικών (PCM) στον κτιριακό τομέα, όπου η χρήση τους και ο τρόπος λειτουργίας τους μπορούν να εξασφαλίσουν θερμική άνεση στο εσωτερικό των κτιρίων και ταυτόχρονα εξοικονόμηση ενέργειας. Συγκεκριμένα, η μελέτη που πραγματοποιήσαμε αποσκοπεί στον προσεγγιστικό προσδιορισμό της απόδοσης των υλικών αλλαγής φάσης (PCM) σε εσωτερικούς τοίχους κτιρίων, μέσω της χρήσης ενός νέου μεγέθους, αυτό της «Εσωτερικής Θερμοκρασίας Ηλίου-Αέρος», το οποίο εισάγουμε για πρώτη φορά στην παρούσα εργασία. Αρχικά, λοιπόν, στο πρώτο μέρος (βιβλιογραφικό), γίνεται μία προσπάθεια θεωρητικής προσέγγισης και κάλυψης των βασικότερων πτυχών που σχετίζονται με τα υλικά αλλαγής φάσης. Έτσι, σε γενικές γραμμές περιγράφεται ο τρόπος λειτουργίας τους, οι ιδιότητες, οι κατηγορίες και τα προβλήματα τους, οι μέθοδοι ενσωμάτωσής τους, καθώς και τρόποι μέτρησης των ιδιοτήτων τους και οι τομείς στους οποίους βρίσκουν και έχουν βρει εφαρμογή. Επίσης, για τις ανάγκες του δεύτερου μέρους της εργασίας γίνεται μία σύντομη περιγραφή σε μεθόδους προσομοίωσης αλλαγής φάσης. Στο δεύτερο μέρος (υπολογιστικό) της παρούσας εργασίας, παρουσιάζεται σε πρώτη φάση, ένα μοντέλο προσομοίωσης για τη μελέτη ηλιακής φόρτισης εσωτερικού τοίχου με ενσωματωμένο PCM, σε κτίριο στην περιοχή της Αθήνας κατά τη χειμερινή περίοδο, ενώ ακολουθεί ως πρωτοτυπία, η εφαρμογή ενός βελτιωμένου μοντέλου προσομοίωσης για τα ίδια δεδομένα, το οποίο βασίζεται σε ένα νέο μέγεθος που εισάγεται εδώ για πρώτη φορά, αυτό της «Εσωτερικής Θερμοκρασίας Ηλίου-Αέρος» ή αλλιώς «Ισοδύναμης Εσωτερικής Θερμοκρασίας». Στη συνέχεια, πραγματοποιούνται παραμετρικές μελέτες ως προς διάφορες παραμέτρους του υπό μελέτη προβλήματος και τέλος γίνεται σύγκριση ενός υλικού αλλαγής φάσης και ενός συμβατικού δομικού υλικού, προκειμένου να αναδειχθεί η υπεροχή του πρώτου.

The subject of the present thesis is the study of phase change materials (PCM), emphasizing in the applicability of this materials technology to building sector, where thermal comfort and energy conservation can be achieved by using them. A new quantity is introduced i.e. the indoor equivalent temperature, which is an increased indoor temperature containing the effect of solar radiation entering through fenestration. The introduced new quantity, which facilitate the simulation, is similar to the outdoor equivalent air temperature or sol-air temperature. Initially, in the first part (literature review), the theory and the main aspects related to the phase change materials are analyzed. In particular, the properties and the classifications of these materials are described, the difficulties that occur during their use and the incorporation methods are presented, as well as the measurement techniques of thermal properties are discussed. Furthermore, the areas of PCM applications are also presented. A review of the phase change simulation methods is discussed for the needs of the second part of the study. In the second part of the present thesis, a simulation method is developed for the study of solar loading of PCM contained in interior walls of buildings in the Athens area during winter. In the simulation, the new quantity “equivalent indoor temperature” mentioned earlier is used. A parametric study is also carried out for the main parameters of the problem considered. Moreover, a comparison is also made between PCM and other materials which do not change phase, thus showing the profit gained by the use of PCM in buildings.