Μέθοδοι προσομοίωσης αλλαγής φάσης για υλικά κτιριακών εφαρμογών (PCM) με έμφαση στη μέθοδο της ενεργού θερμοχωρητικότητας

Abstract

Η ενέργεια είναι σε τέτοιο βαθμό συνυφασμένη με την καθημερινή μας ζωή που μόνο η έλλειψή της καθιστά πρόδηλη την αναγκαιότητά της. Το σύνολο των ανθρώπινων δραστηριοτήτων δεσμεύει και καταναλώνει τεράστια ποσά ενέργειας. Το γεγονός αυτό μαζί με την εξάντληση των πηγών των συμβατικών καυσίμων και τη μόλυνση του περιβάλλοντος έκαναν επιτακτική την ανάγκη για αξιοποίηση των διάφορων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και για ανάπτυξη νέων τρόπων αποθήκευσης ενέργειας. Μία τεχνική αποθήκευσης θερμικής ενέργειας πολλά υποσχόμενη αποτελεί η εφαρμογή υλικών αλλαγής φάσης PCM. Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως στόχο την παρουσίαση της εναλλακτικής αυτής τεχνολογίας και κυρίως επικεντρώνεται στις μεθόδους που χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση της αλλαγής φάσης και της αποθήκευσης λανθάνουσας θερμότητας στα υλικά αυτά. Το πρώτο κεφάλαιο περιλαμβάνει μια γενική εισαγωγή στην έννοια της αποθήκευσης ενέργειας. Στο δεύτερο κεφάλαιο πληροφορούμαστε για τα υλικά αλλαγής φάσης, τις ιδιότητες που πρέπει να έχουν, τις κατηγορίες των υλικών στις οποίες ανήκουν, τα προβλήματα που παρουσιάζουν και τους τρόπους αντιμετώπισής τους. Το τρίτο κεφάλαιο θίγει λεπτομερώς τους τρόπους μέτρησης των ιδιοτήτων των υλικών αλλαγής φάσης. Στο τέταρτο και πέμπτο κεφάλαιο αναφέρονται τα μοντέλα προσομοίωσης της μεταφοράς θερμότητας και της αλλαγής φάσης, ενώ στο έκτο και έβδομο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι τρόποι συσκευασίας των PCM και οι εφαρμογές τους σε διάφορους τομείς αντίστοιχα. Στο όγδοο και τελευταίο κεφάλαιο, που περιλαμβάνει και την ανάπτυξη του κυρίως θέματος της διπλωματικής εργασίας, μελετάται η αλλαγή φάσης σε πέντε PCM κτιριακών εφαρμογών χρησιμοποιώντας την μέθοδο της ενεργού θερμοχωρητικότητας.

The energy is so intertwined with our daily life that only the lack of it makes obvious its necessity. All human activities bind and consume huge amounts of energy. In addition to this, the exhaustion of conventional fuels sources and environmental pollution have led to the need for utilization of various renewable energy sources and development of new ways of energy storage. A highly promising heat storage technique constitutes the application of phase change materials (PCM). This thesis is intended for the presentation of this alternative technology and mainly it concentrates on methods which are used to simulating the phase change and latent heat storage in these materials. The first chapter provides a general introduction to the concept of energy storage. In the second chapter we learn about the phase change materials, the properties which must have, the categories of materials where they are included, their problems and how to handle them. The third chapter refers to the ways of measuring the phase change materials properties. In the fourth and fifth chapter, simulation models of heat transfer and phase change are mentioned, while the sixth and seventh chapter presents ways of PCM encapsulation and their applications in various fields, respectively. In the eighth and final chapter, which includes the development of my thesis main theme, the phase change in five PCM of building applications is studied using the effective thermal capacity method.