10.1 Inleiding
thermische isolatiematerialen worden gekozen om de warmtestroom over een medium te verminderen, en ze kunnen worden gemaakt van één of meerdere materialen. Thermische isolatiematerialen besparen de Amerikaanse industrie meer dan $ 60 miljard / jaar aan energiekosten (Cengel, 1998, blz.158-159). Daarom motiveert het belang van de isolatiematerialen energie-ingenieurs om de thermische eigenschappen van de isolatiematerialen te verbeteren in de richting van een hogere thermische weerstand., Vezelige, cellulaire en korrelige stoffen worden vaak gebruikt isolatiematerialen in gebouwen. De selectie van thermisch isolatiemateriaal is gebaseerd op de thermische geleidbaarheid, thermische massa, temperatuur van binnen-en buitenruimtes, duurzaamheid, kosten en andere factoren. De thermofysische eigenschappen van de gebruikte materialen in de gebouwschil hebben een sterke invloed op het verwarmings-of koelverbruik. De thermische geleidbaarheid beïnvloedt de warmtestroom bij een stationaire toestand., Bij een tijdelijke toestand beïnvloedt de soortelijke warmte ook de warmtestroom door de warmte te absorberen en op te slaan in de vorm van gevoelige warmte. De intensiteit van de zon en de temperatuur van de buitenlucht variëren met de tijd; vandaar dat de thermische geleidbaarheid en de specifieke warmte van de materialen die worden gebruikt in het gebouw enveloppen invloed hebben op de warmtestroom. De voorkeur thermische isolatie zijn materialen met een hoge thermische capaciteit en een lage thermische geleidbaarheid., A comprehensive review of thermal insulation material design economics werd uitgevoerd door Turner & Malley, en Torgal, Mistretta, Kaklauskas, Granqvist, & Cabeza (2013) legde in hun boek uit hoe de uitdagingen van de renovatie van gebouwen naar bijna nul energie kunnen worden aangepakt.
integratie van faseveranderingsmateriaal (PCM) in de bouwschil is onderzocht als een kosteneffectieve techniek om de koelbelasting te verminderen., PCM ‘ s zijn organische of anorganische stoffen met een lage smelttemperatuur en een hoge latente fusiewarmte, zoals paraffine en zout. De PCM ‘ s worden geclassificeerd als een capacitief type isolatiemateriaal omdat ze de warmtestroom vertragen door de warmte te absorberen. Tijdens hoge buitentemperatuurtijden smelt de PCM en slaat een deel van de warmte op als het van buiten naar binnen wordt overgebracht, en bij lage buitentemperatuurtijden stolt de PCM en geeft de opgeslagen warmte af., Tijdens het smeltproces neemt de specifieke warmte van de PCM toe tot meer dan 100 keer, waardoor het een grote hoeveelheid energie kan absorberen in een relatief kleine hoeveelheid PCM. Het gebruik van PCM in bouwmateriaal werd voorgesteld door Barkmann & Wessling (1975). Morikama, Suzuki, Okagawa, and Kanki (1985) introduceerden het concept van de inkapseling van PCM in een onverzadigde polyester matrix voor bouwmateriaal., Een recent overzicht van de PCM voor gebouwenveloppen is te vinden in referenties (Osterman, Tyagi, Butala, Rahim, & Stritih, 2012; Pomianowski, Heiselberg, & Zhang, 2013; Soares, Costa, Gaspar, & Santos, 2013; Waqas & Din, 2013). Afhankelijk van de component van de enveloppe kan onderzoek naar PCM worden ingedeeld in drie groepen: bakstenen, daken en ramen., Voor bakstenen, alawadhi (2008) presenteerde een thermische analyse van bakstenen met cilindrische holtes gevuld met PCM, en de resultaten geven aan dat de warmtewinst kan worden verminderd met 17,55% voor bepaalde ontwerp-en weersomstandigheden. Zhang, Chen, Wu, & Shi (2011) rapporteerde de thermische eigenschappen van baksteen met PCM onder reële fluctuerende buitentemperatuur. De thermische respons vertegenwoordigd door de binnenwand oppervlaktetemperatuur van bakstenen muur gevuld met PCM wordt geëvalueerd en vergeleken met die van massieve bakstenen muur., Chwieduk (2013) publiceerde een paper over de mogelijkheid om de dikke en zware thermische massa externe stenen gebruikt in hoge breedtegraad landen te vervangen door dunne en lichte thermische massa stenen. Het effect van oriëntatie, positie van de PCM-laag, faseverandering temperatuur en weersomstandigheden werd bestudeerd door Izquierdo-Barrientos et al. (2012), en ze vonden dat de PCM helpt om de maximale en amplitude van de momentane warmteflux te verminderen.
voor daken onderzocht Alawadhi & Alqallaf (2011) een betonnen dak met verticale kegelgaten gevuld met PCM., Het doel van het PCM-dak is om de warmtestroom van de buiten-naar binnenruimte te verminderen door de thermische massa van het dak te verhogen. De vorm van de PCM containers handhaaft de fysieke sterkte van het dak, kan gemakkelijk worden vervangen indien nodig, en laat de PCM uit te breiden tijdens het smeltproces in de opwaartse richting. De warmteflux aan het binnenoppervlak van het dak kan worden verminderd met 39%, Zoals gemeld., De numerieke analyse van de warmteoverdracht over de dakstructuur met PCM is gebaseerd op Ravikumar & Sirinivasan (2011), en met een PCM-dakconstructie wordt ongeveer 56% minder warmte in de kamer verkregen in vergelijking met een conventioneel dak. Aan de andere kant werd het concept van dubbele lagen PCM in een dak van een gebouw voorgesteld door Pasupathy & Velraj (2008) voor een warmtemanagement het hele jaar door. De dubbele laag PCM in het dak wordt aanbevolen om de warmtestroom door het dak te verminderen.,
onderzoek naar PCM in windows werd ook uitgevoerd als een techniek om de warmtewinst door windows te verminderen. Ramen zijn goed voor een groot percentage van de warmtewinst tijdens de dag, en energie dringt door de ramen door zonnestraling en convectie. Daarom is het verminderen van warmtewinst door ramen de belangrijkste factor voor het besparen van energie in gebouwen, en om de warmtewinst te verminderen, worden externe luiken geïnstalleerd om het effect van de zonnestraling te elimineren., Een raamluik gevuld met PCM werd voorgesteld en geanalyseerd door Alawadhi (2012), en een parametrische studie wordt uitgevoerd om het effect van verschillende ontwerpparameters, zoals PCM type en hoeveelheid in de sluiter te beoordelen. Er werd gemeld dat de smelttemperatuur van PCM overdag dicht bij de maximale buitentemperatuur moet liggen en dat de hoeveelheid PCM voldoende moet zijn om grote hoeveelheden warmte te absorberen. Goia et al. (2012) beschreef het thermo-fysieke gedrag van PCM-beglazingssysteemconfiguraties., PCM-gevulde glazen ramen voor het verminderen van de zonnestraling die de binnenruimte binnendringt door de ramen werden ook onderzocht (Ismail, Salinas, & Henriquez, 2008), en de effectiviteit van het systeem wordt vergeleken met ramen gevuld met reflecterende gassen.
