Πρόβλεψη της απόδοσης των Υλικών Αλλαγής Φάσης (PCM) στα Ελλινικά κτίρια με την μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών

Abstract

Η ανάγκη για αειφόρο ανάπτυξη και χρήση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και των εναλλακτικών συστημάτων διαχείρισής της, έχει γίνει επιτακτική όσο ποτέ άλλοτε. Η ραγδαία αύξηση της ενεργειακής κατανάλωσης προκαλεί τη σταδιακή εξάντληση των συμβατικών καυσίμων και μόλυνση του περιβάλλοντος. Πολλοί ερευνητές έχουν οδηγηθεί στην αναζήτηση εναλλακτικών τεχνολογιών που θα καλύπτουν τις ενεργειακές ανάγκες με ανανεώσιμους πόρους και χωρίς περιβαλλοντικές συνέπειες. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να παρουσιάσει μία τέτοια εναλλακτική τεχνολογία η οποία είναι η αποθήκευση θερμικής ενέργειας με χρήση των Υλικών Αλλαγής Φάσης (PCM). Τα PCM είναι υλικά, τα οποία μπορούν να αποθηκεύσουν και να απελευθερώσουν ποσά θερμότητας. Η εργασία αποτελείται από δύο μέρη. Στο πρώτο μέρος γίνεται μια θεωρητική προσέγγιση στις ανάγκες που οδήγησαν στην χρήση νέων τεχνολογιών εξοικονόμησης ενέργειας, στα παθητικά και ενεργητικά ηλιακά συστήματα, στα υλικά αλλαγής φάσης, στις κατηγορίες και στις ιδιότητες τους καθώς και στα προβλήματα που συχνά εμφανίζονται. Στη συνέχεια αναλύονται οι εφαρμογές που έχουν γίνει σε κτίρια και παρουσιάζονται ανάλογα πειράματα που έχουν γίνει μέχρι σήμερα. Στο δεύτερο μέρος, αρχικά γίνεται μια θεωρητική προσομοίωση της ηλιακής φόρτισης εσωτερικής τοιχοποιίας απέναντι από υαλοπίνακα, όταν ενσωματώνεται σε αυτόν στρώμα υλικού αλλαγής φάσης, με σκοπό την επίτευξη συνθηκών θερμικής άνεσης και ύστερα ακολουθεί παραμετρική μελέτη ως προς τη θερμική συμπεριφορά του τοίχου, όταν είναι στρωμένος σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Τέλος εκτελείται βελτιστοποίηση με στόχο την πλήρη αξιοποίηση του υλικού αλλαγής φάσης.

The need for sustainable development and use of renewable energy sources and alternative energy management systems has become imperative as ever. Tremendous increase of energy consumption is causing gradual depletion of conventional fuels and also environmental pollution. Many researchers have been forced to seek alternative technologies with renewable resources that meet the energy needs without environmental consequences. This dissertation aims to present such an alternative technology. That is thermal energy storage using Phase Change Materials (PCM). PCM are materials that can storage and release amounts of heat. The dissertation consists of two parts. The first part is a theoretical approach to the needs that led to the use of new energy-saving technologies, to passive and active solar systems, to phase change materials, to their categories and properties, but also the problems that often occur. Furthermore, applications that have been made in buildings are being analyzed and several experiments carried so far are being presented. In the second part, initially, there is a theoretical simulation of solar charging of the inner wall, opposite of a pane, when a layer of a PCM is being incorporated into it, in order to achieve thermal comfort conditions. Afterwards, there is a parametric study on the thermal performance of the wall when it is paved in different directions. Finally optimization is being performed in order to fully exploit the PCM.