Tarbiat Modares University From the SelectedWorks of Dr Alireza Zolfaghari December 25, 2012 تحليل تأثيرات استفاده از عايقهاي تغيير فاز دهنده بر - 25 ميزان مصرف ساالنه انرژي ساختمان در اقليم تهران Alireza Zolfaghari Mohamad Solhi Mohamad Fathian Hamed Moslehi Mohamad Rahim-pour, et al. Available at: http://works.bepress.com/zolfaghari/41/
تحلیل تأثیرات استفاده از عایق های تغییر فاز دهنذه بر میسان مصرف ساالنه انرشی ساختمان در اقلیم تهران 4 3 6 5 4 3 2 1 ػیذ ػلیشضا ر الفماسی هحوذ كلحی هحوذ فتحیاى حاهذ هللحی هحوذ سحین پ س ه شاى ػؼادتی ؼة 1 اػتادیاس تخؾ ه ذػی هىا یه دا گا تیشخ ذ alireza.zolfaghari@yahoo.com 2 دا د ی واسؿ اػی اسؿذ ه ذػی هىا یه دا گا تیشخ ذ mohammad.solhi@yahoo.com دا د ی واسؿ اػی اسؿذ ه ذػی هىا یه دا گا تیشخ ذ fathian.mohammad@yahoo.com دا د ی واسؿ اػی ه ذػی هىا یه دا گا تیشخ ذ hamed.moslehi69@yahoo.com 5 دا د ی واسؿ اػی ه ذػی هىا یه دا گا تیشخ ذ rahimpour69@yahoo.com 6 دا د ی واسؿ اػی ه ذػی هىا یه دا گا تیشخ ذ saadati.mehran@gmail.com چكیذه 1 دس ایي همال ت تشسػی اثش ػایك تغییش فاص د ذ دس وا ؾ هلشف ػاال ا شطی ػاختواى پشداخت ؿذ اػت. تشای ایي 2 ه ظ س اص شم افضاس ا شطیپالع خ ت هذلؼاصی تحلیل یه ذػ و دس اللین ت شاى اػتفاد ؿذ اػت. تشای اػتثاس ػ دی 3 هذلؼاصی ك ست گشفت اص تایح تحمیمات تتل وىاساى ووه گشفت ؿذ اػت. دس تحمیك حاضش ت همایؼ خذاس داسای ػایك هؼو لی خذاس داسای ػایك تغییش فاص د ذ پشداخت ؿذ اػت تاثیش ا تمال حشاست اص طشیك گشهای اى هحؼ ع دس لیاع تا ا تمال حشاست ت ا اص طشیك گشهای هحؼ ع تش وا ؾ ا شطی هلشفی ػاختواى ه سد تشسػی لشاس گشفت اػت. وچ یي هیضاى هلشف ا شطی تیي حالتی و اص ػایك هؼو لی )تذ ى تغییش فاص( دس خذاس اػتفاد و ین تا حالت خذاس داسای ػایك تغییش فاص د ذ همایؼ ؿذ. تایح حاوی اص ایي ت د و دس ك ست اػتفاد اص ػایك تغییش فاص د ذ ت خای ػایك هؼو لی )تا هما هت حشاستی یىؼاى( هلشف ػاال ا شطی ػاختواى ت هیضاى 3 دسكذ ون هیؿ د. ضوي ای ى دس ها طا ی ػایك تغییش فاص د ذ تا وا ؾ 8/3 دسكذی دس وا ؾ هلشف ا شطی ؼثت ت خذاس تذ ى ػایك ت تشیي ػولىشد سا داسد. ایي دس حالی اػت و دس ها اوتثش ػایك ا تاػث افضایؾ هلشف ا شطی هیؿ ذ. تا ایي حال اػتفاد اص ػایك تغییش فاص د ذ حذ د 4/7 دسكذ تیتش اص ػایك هؼو لی هلشف ا شطی سا وا ؾ هید ذ. واشههای كلیذی: ه اد تغییش فاص د ذ (PCMs) ػایك حشاستی شمافضاس ا شطی پالع 1 Phase Change Material (PCM) 2 Energy Plus 3 Tetlow, D.,2011
مقذمه دس ػال ای اخیش تا افضایؾ س ص افض ى یاص ت ا شطی یض هحذ دیت ه اتغ ػ خت ای فؼیلی آالی ذگی آى ا ت خ ت ه اتغ ا شطی تدذیذپزیش س ص ت س ص تیتش ؿذ اػت. ت اتشایي اػتفاد اص ا شطی ای تدذیذپزیش یض تىاسگیشی تى یه ایی ت ه ظ س رخیش ا شطی ا ویت فشا ا ی داسد. ه اد تغییش فاص د ذ یىی اص اتضاس ای واسآهذ دس رخیش ا شطی حشاستی ؼت ذ. ػولىشد آى ا ت ایي ك ست اػت و تا افضایؾ دها تغییش فاص داد ا شطی حشاستی سا دس خ د رخیش هیو ذ تا وا ؾ دها ایي ا شطی سا آصاد هیػاص ذ. یىی اص واستشد ای ایي ه اد دس خذاس ای ػاختواى ت ػ اى ػایك تغییشفاص د ذ هیتاؿذ. هیدا ین ا شطی گشهایی سا هیت اى ت د ك ست گشهای هحؼ ع گشهای اى رخیش وشد. اها ا شطی رخیش ؿذ اص طشیك گشهای اى و تا تغییش فاص هاد وشا اػت ت دلیل چگالی تاالی رخیش ا شطی گشهایی اص ا ویت تیتشی تشخ سداس اػت. ه اد تغییش فاص د ذ ایي لاتلیت سا داس ذ و ا شطی حاكل اص تغییش فاص سا دس خ د رخیش و ذ. ؿایاى روش اػت و اگش چ و ه اد لاتلیت تغییش فاص داس ذ اها هاد ای سا ت ػ اى هاد تغییش فاص د ذ هیؿ اػین و تت ا ذ دس تاص دهایی ػولىشد ػیؼتن تغییش فاص د ذ. هثال دس تغییش فاص خاهذ ت هایغ هاد تغییش فاص د ذ تا ر ب ؿذى ا شطی حشاستی سا دس خ د رخیش هیو ذ دس ه لغ ضش ست تا ه دوذؿذى ایي ا شطی سا آصاد هیػاصد. ػول تغییش فاص تؼت ت ع هاد تغییش فاص د ذ هیت ا ذ ػشیغ یا تا تاخیش صها ی ك ست گیشد[ 1 ]. اص ه اد تغییش فاص د ذ دس ه اسد تؼیاسی اص خول واستشد ای پضؿىی گشهایؾ ػشهایؾ حفاظت گشهایی ه ادغزایی ه ؼ خات ػاختواى... اػتفاد هیؿ د[ 2 ]. ؿایاى روش اػت و دس ػال ای اخیش اػتفاد اص ه اد تغییش فاصد ذ دس واستشد ای ػاختوا ی ت ه ظ س وا ؾ هلشف ا شطی تؼیاس ه سد ت خ ت د اػت. ه اد تغییش فاص د ذ ه اػة تشای واستشد دس خذاس ػاختواى تایذ داسای یظگی ای صیش تاؿ ذ: داؿتي سػا ؾ گشهایی ون تشای ایداد تاخیش صها ی دس فشای ذ تغییش فاص داؿتي گشهای اى تش احذ خشم صیاد داؿتي گشهای یظ تاال خ ت چوگیشتش ؿذى اثشات گشهای هحؼ ع داؿتي تغییش حدن ون دس حیي تغییش فاص خ ت ػ لت دس ا تخاب ذػ هحفظ گ ذاس ذ ه اد تغییش فاص د ذ داؿتي دهای ر ب دس هحذ د دهای ػولیاتی هما م ت دى دس تشاتش خ سدگی داؿتي پایذاسی ؿیویایی اؿتؼال اپزیشی ػوی ث دى دس ایت فشا ا ی دس دػتشع ت دى[ 3 ]. ػولىشد ه اد تغییش فاص د ذ دس ػاختواى ت ایي ك ست هیتاؿذ و دس س ص ت ػ اى یه ػایك دس خذاس ها غ اص گشم ؿذى فضای داخل هیگشدد ت ایي ك ست و تا گشمؿذى ر ب هیؿ د همذاسی اص ا شطی حشاستی ف ری ت خذاس ػاختواى سا دس خ د رخیش هیو ذ دس ؿة و ا س ت ػشدی هیس د ؿش ع ت ا دواد وشد گشهای رخیش ؿذ سا ت هحیط داخل یا تیش ى پغ هید ذ. دس ؿىل 1 ؿواتیىی اص ح تاثیش تىاسگیشی ه اد تغییش فاص د ذ دس خذاس خاسخی تش دهای داخل ػاختواى اى داد ؿذ اػت. وا ط س و ها ذ هیؿ د داه تغییشات ای تیش ى پغ اص ػث س اص خذاس تا ضشیة وا ؾ وا ؾ یافت وچ یي دهای ا ج یض ت هیضاى Ф ػاػت خاتدا هیؿ د و ایي اهش تاػث هیؿ د دس صهاى ا ج هلشف یاص ت اػتفاد اص ػیؼتن ػشهایی ووتش ؿ د[ 4 ].
ؿىل 1. و داس تاخیش صها ی ضشیة وا ؾ تاریخچه تا ؿش ع تحشاى فت تؼذ اص خ گ خ ا ی د م هطشح ؿذى تحث ووث د ه اتغ ػ خت فؼیلی ونون گا ا ت ػوت ا شطی ای س ؿ ای رخیش ػاصی ا شطی ػ ق پیذا وشد. اها تحمیمات خذی تش س ی س ؽ ای رخیش ا شطی ها ذ اػتفاد اص ه اد تغییش فاص د ذ اص ػال 1970 4 ؿش ع ؿذ. پایپ وىاساى[ 5 ] ت ا ؼت ذ یه ساتط تحلیلی ػاد تذػت آ سد ذ و دس آى تمشیثی ػاد اص دهای ت ی ر ب ضخاهت ت ی ه اد تغییش فاص د ذ تىاس سفت دس ػاختواى تذػت هیآ سد. وشد ذ. 5 اػت ال وىاساى[ 6 ] تا ا دام آصهایاتی اثش ه اد تغییش فاص د ذ تىاس سفت دس خذاس سا دس ت تاخیش ا ذاختي صهاى ا ج تاس ػشهایؾ گشهایؾ تشسػی پیؾ اص آى یض ایاى تا 6 وىاسی وذل [7] خ سؿیذی سا ت س ؽ ػذدی ه سد تحلیل لشاس داد ت د ذ. گشدد. ػولىشد ه اد تغییش فاص د ذ ت ك ست دی اسپ ؿ ایی تشای رخیش ا شطی 7 آتی یتیغ وىاساى[ 8 ] ؿثی ػاصی ا تمال حشاست دس دی اس ا سا تا یه هذل كشیح تفاضل هحذ د ا دام داد ها ذ وشد دس یه دی اس پ ؽ ػ گگچی حا ی ه اد تغییش فاص د ذ دس ؿشایط خاف آصهایؾ وا ؾ 4 دسخ ای دهای ا ج خ د داسد. تتل وىاساى[ 9 ] ؿثی ػاصی هیىش وپؼ ل ای PCM دس خذاس ػاختواى سا تا شم افضاس ا شطیپالع ا دام داد. اص آ دایی و دس ػال ای اخیش اػتفاد اص ه اد تغییش فاص د ذ دس واستشد ای ػاختوا ی ت ه ظ س وا ؾ هلشف ا شطی ه سد ت خ ت د اػت دس ایي تحمیك ػؼی خ ا ذ ؿذ تا ػولىشد ه اد تغییش فاص د ذ ت ػ اى یه الی رخیش ػاص ا شطی دس خذاس ػاختواى دس اللین ؿ ش ت شاى ه سد تشسػی لشاس گیشد ػولىشد آى تا ػایك ای تذ ى تغییش فاص همایؼ 4 Peippo, K., 1991 5 Stoval, TK., 1995 6 Kedl, RJ., 1989 7 Athienitis, AK., 1997
معادالت و روابط حاكم ت ه ظ س هذلؼاصی ػولىشد ه اد تغییش فاص د ذ ؿىل ای هت ػی اص هؼادالت حاون اسائ ؿذ اػت. ایي هؼادالت تؼت ت هیضاى فشضیات ػاد و ذ تىاس سفت دس آى ه دش ت تایدی تا دلت ای هتفا ت هیؿ د. یىی اص هتذا لتشیي دلیكتشیي هؼادالت اسائ ؿذ تشای تحلیل ػولىشد حشاستی ه اد تغییش فاص د ذ س اتط صیش هیتاؿذ[ 2 ]: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) گشهای اى ر ب اػت. تشای حل ایي هؼادل یاص ت یه ساتط تشای هشص هتحشن اػت و )1( )2( )3( و وؼشی اص PCM ر ب ؿذ ت ایي ك ست تؼشیف هیؿ د: )4( ت اتشایي ت اصای ؿشایط هشصی ا لی هتفا ت تشای ه اد تغییش فاص د ذ هیت اى دػت هؼادالت هزو س سا حل و د. شرح تحقیق دس ایي تحمیك ت هذلؼاصی یه فضای و دس اللین ت شاى ت ووه شم افضاس ا شطیپالع پشداخت ؿذ اػت. تشای اػتثاس- ػ دی تحمیك ت همایؼ تایح تا هذلؼاصی تتل [ 9 ] پشداخت ؿذ اػت. تتل ت هذلؼاصی یه فضای و دس ؿشایط آب ایی ا گلؼتاى پشداخت. دس ایي هذلؼاصی اص PCM تا دهای ر ب 26 دسخ ػا تیگشاد دس خذاس ػاختواى اػتفاد ؿذ اػت. ػاللو ذاى تشای اطالع اص ػایش ؿشایط حاون تش هذلؼاصی تتل هیت ا ذ ت هشخغ [9] هشاخغ وای ذ. ؿىل 2 و داس تغییشات دهای ای داخل فضای و تشای ول ػاػات ؿثا س ص تن خ الی سا اى هید ذ. تایح حاوی اص دلت خ ب هذلؼاصی ك ست گشفت دس لیاع تا هذل تتل [9] هیتاؿذ. فضای نمونه خذاس ای ػاختوا ی سا و دس ایي تحمیك ت هذلؼاصی آى ا پشداخت ؿذ اػت ت ػ ك ست هذلؼاصی همایؼ ؿذ ا ذ. ؿىل 3 ؿواتیىی اص فضای و سا اى هید ذ. فضای و هزو س داسای ػیؼتن ت ی هطث ع تا و تشل دها دس تاص آػایؾ حشاستی افشاد اػت ذػ آى تش اػاع ه سد و 600 8 اػتا ذاسد اؿشی طشاحی ؿذ اػت. خ غ ه اد تىاس سفت دس خذاس ا دس ؿىل 4 هخق ؿذ اػت. وچ یي PCM اػتفاد ؿذ دس خذاس ا داسای دهای ر ب 22 دسخ ػا تی گشاد هیتاؿذ. و داس 8 ASHRAE
تغییشات آ تالپی تشحؼة دهای آى دس ؿىل 5 آهذ اػت. ضوي ای ى خ اف تشه فیضیىی ه اد تىاس سفت دس خذاس ا دس خذ ل 1 لیؼت ؿذ اػت. ؿىل 2. اػتثاس ػ دی هذلؼاصی اص طشیك همایؼ و داس تغییشات دهای داخل دس ط ل ؿثا س ص تا تایح تحمیمات تتل ]9[ ؿىل 3. ؿواتیىی اص فضای و تحمیك حاضش
ؿىل 4. خ غ ضخاهت خذاس دس ػ حالت هذلؼاصی ؿىل 5. و داس تغییشات آ تالپی تا دها تشای PCM تا دهای ر ب 22 دسخ ػا تیگشاد k (W/m.K) 0/84 0/72 0/16 0/16 0/189 خذ ل 1. خ اف تشه فیضیىی ه اد تىاس سفت دس ػاختواى هذل ػاصی ؿذ (J/kg.K) ρ (kg/ ) 800 1700 835 1920 840 950 2010 1190 1700 1150 خ غ آخش آخش وا گچ ػایك PCM نتایج چ اى و پیتش گفت ؿذ دس ایي تحمیك ػؼی ؿذ اػت تا ػولىشد ه اد تغییش فاص د ذ ت ػ اى یه الی رخیش ػاص ا شطی دس خذاس ػاختواى دس اللین ؿ ش ت شاى ه سد تشسػی لشاس گیشد ػولىشد آى تا ػایك ای تذ ى تغییش فاص همایؼ گشدد. تش ایي اػاع دس ؿىل 6 هلشف ا شطی ػاختواى ت تفىیه ها ای هختلف ػال ت اصای اػتفاد اص ػایم ای تغییش فاص د ذ ػایم ای هؼو لی دس دی اس اى داد ؿذ اػت. ها ذ هیؿ د و دس حالتی و اص ػایك تغییش فاص د ذ اػتفاد ؿ د هیضاى هلشف ػاال ػاختواى وا ؾ هییاتذ و ایي اثش دس ها طا ی چوگیشتش هیتاؿذ. وچ یي تایح اى هید ذ دس حالتی و اص ػایك تغییش فاص د ذ اػتفاد ؿ د هلشف ا شطی ػاال ت هیضاى 3 دسكذ ؼثت ت دی اس تا ػایك هؼو لی 5/04 دسكذ ؼثت ت دی اس تذ ى ػایك وا ؾ هییاتذ )ؿىل 7 (. و داس همایؼ هیضاى وا ؾ هلشف ا شطی ػاختواى دس ها طا ی دس ؿىل 8 اى داد ؿذ اػت. اػتفاد اص ػایك تغییش فاص د ذ دس خذاس دس ایي ها 8/3 دسكذ وا ؾ دس هلشف ا شطی ػاختواى ؼثت ت دی اس تذ ى ػایك خ ا ذ داؿت. دس ها ػپتاهثش اختالف هیضاى هلشف ا شطی دس ػ حالت ت حذالل هیسػذ دسكذ وا ؾ دس هلشف ا شطی ػاختواى تا خذاس ػایك ؼثت ت خذاس تذ ى ػایك تمشیثا ت كفش هیل هیو ذ. دس ها تؼذ تاثیش ػایك ا دس خ ت افضایؾ هلشف ا شطی اػت و اهشی اهطل ب هی تاؿذ تا ایي حال ػایك تغییش فاص د ذ 4/7 دسكذ تیتش اص ػایك هؼو لی هلشف ا شطی سا وا ؾ هید ذ )ؿىل 9 (.
ؿىل 6. و داس همایؼ هلشف ا شطی ػاختواى تا خذاس داسای ػایك هؼو لی تغییش فاص د ذ ؿىل 7. و داس همایؼ هیضاى وا ؾ هلشف ا شطی ػاال ػاختواى تا خذاس ػایك ؼثت ت خذاس تذ ى ػایك ؿىل 8. و داس همایؼ هیضاى وا ؾ هلشف ا شطی ػاختواى تا خذاس ػایك ؼثت ت خذاس تذ ى ػایك دس ها طا ی
ؿىل 9. و داس همایؼ هیضاى افضایؾ هلشف ا شطی ػاختواى تا خذاس ػایك ؼثت ت خذاس تذ ى ػایك دس ها اوتثش بحث و نتیجه گیری دس ایي تحمیك ت هذلؼاصی یه فضای و دس اللین ت شاى تا شم افضاس ا شطیپالع پشداخت ؿذ ت همایؼ هیضاى هلشف ا شطی تیي حاالتی و اص ػایك هؼو لی دس خذاس اػتفاد ؿ د تا حالت خذاس داسای ػایك تغییش فاص د ذ پشداخت ؿذ. تایح حاوی اص ایي ت د و هلشف ا شطی ػاال دس حالتی و اص ػایك تغییش فاص د ذ ت خای ػایك هؼو لی لی تا هما هت حشاستی یىؼاى اػتفاد ؿ د 3 دسكذ وا ؾ هییاتذ. ایي اثش دس ول ها ای ػال تشلشاس اػت دس ها ای ػشد چوگیشتش هیؿ د. اػتفاد اص ػایك تغییش فاص د ذ دس خذاس دس ها طا ی 8/3 دسكذ وا ؾ دس هلشف ا شطی ػاختواى ؼثت ت دی اس تذ ى ػایك خ ا ذ داؿت و ؼثت ت ػایك هؼو لی 1/1 دسكذ تیتش اػت. مراجع [1] Li, M., and Wub, Z., A review of intercalation composite phase change material: Preparation, structure and properties, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 16, pp. 2094-2101. 2012. [2] Mondal, S., Phase change materials for smart textiles An overview, Applied Thermal Engineering, Vol. 28, pp. 1536-1550. 2008. [3] Agyenim, F., Hewitt, N., Eames,Ph., and Smyth, M., A review of materials, heat transfer and phase change problem formulation for latent heat thermal energy storage systems (LHTESS), Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 14, pp. 615-628. 2010. [4] Zhou, D., Zhao, C.Y.,and Tian, Y., Review on thermal energy storage with phase change materials (PCMs) in building applications, Applied Energy, Vol. 92, pp. 593-605. 2012. [5] Peippo, K., Kauranen, P.,and Lund, P.D., A multicomponent PCM wall optimized for passive solar heating, Energy and Buildings, Vol. 17, pp, 259-270. 1991. [6] Stoval, TK.,and Tomlinson, JJ., What are the potential benefits of including latent storage in common wallboard?, Trans ASME, Vol. 117, pp. 25-318. 1995. [7] Kedl, RJ.,and Stovall, TK., Activities in support of the wax-impregnated wallboard concept, Thermal Energy Storage Researches Activity Review, 1989. [8] Athienitis, AK., Liu, C., and Feldman, D., Investigation of the thermal performance of a passive solar test-room with wall latent heat storage, Building and Environment, Vol. 32, pp.410-405. 1997. [9] Tetlow, D., Su, Y., Riffat, S. B., Energy Plus simulation analysis of incorporating microencapsulated PCMs with internal wall insulation for hard-to-treat houses in the UK, 10th International Conference on Sustainable Energy Technologies, İstanbul, TÜRKİYE, Vol. 6., 2011.