10.1 wprowadzenie
materiały termoizolacyjne są wybierane w celu zmniejszenia przepływu ciepła przez medium i mogą być wykonane z jednego lub wielu materiałów. Materiały termoizolacyjne pozwalają zaoszczędzić przemysłowi amerykańskiemu ponad 60 miliardów dolarów rocznie na kosztach energii (Cengel, 1998, s. 158-159). Dlatego znaczenie materiałów izolacyjnych motywuje inżynierów energii do poprawy właściwości termicznych materiałów termoizolacyjnych w kierunku wyższej odporności termicznej., Substancje włókniste, komórkowe i granulowane są powszechnie stosowanymi materiałami izolacyjnymi w budynkach. Dobór materiału termoizolacyjnego opiera się na jego przewodności cieplnej, masie cieplnej, temperaturze wewnątrz i na zewnątrz pomieszczeń, trwałości, kosztach i innych czynnikach. Właściwości termo-fizyczne materiałów użytych w obrysie budynku silnie wpływają na zużycie energii cieplnej lub chłodniczej. Przewodność cieplna wpływa na przepływ ciepła w stanie ustalonym., W stanie przejściowym ciepło właściwe wpływa również na przepływ ciepła poprzez pochłanianie i magazynowanie ciepła w postaci ciepła sensible. Natężenie słońca i temperatura powietrza na zewnątrz zmieniają się w czasie; stąd przewodność cieplna i ciepło właściwe materiałów stosowanych w kopertach budowlanych wpływają na przepływ ciepła. Preferowanymi izolacjami termicznymi są materiały o wysokiej pojemności cieplnej i niskiej przewodności cieplnej., Kompleksowy przegląd ekonomiki projektowania materiałów termoizolacyjnych został dokonany przez Turner & Malley, and Torgal, Mistretta, Kaklauskas, Granqvist, & Cabeza (2013) wyjaśnił w swojej książce, Jak poradzić sobie z wyzwaniami związanymi z renowacją budynków w kierunku prawie zerowego zużycia energii.
włączenie materiału zmiany fazy (PCM) do obwiedni budynku zostało zbadane jako opłacalna technika zmniejszenia obciążeń chłodzenia., PCM to organiczne lub nieorganiczne substancje o niskiej temperaturze topnienia i wysokim utajonym cieple fuzji, takie jak parafina i sól. PCM są klasyfikowane jako pojemnościowy rodzaj materiałów izolacyjnych, ponieważ spowalniają przepływ ciepła poprzez pochłanianie ciepła. W czasie wysokiej temperatury zewnętrznej PCM topi i przechowuje część ciepła podczas przenoszenia z zewnątrz do wewnątrz, a w niskich temperaturach zewnętrznych PCM krzepnie i uwalnia zmagazynowane ciepło., Podczas procesu topienia ciepło właściwe PCM wzrasta do ponad 100 razy, co umożliwia mu pochłanianie dużej ilości energii w stosunkowo niewielkiej ilości PCM. Zastosowanie PCM w materiałach budowlanych zostało zasugerowane przez Barkmanna & Wessling (1975). Morikama, Suzuki, Okagawa i Kanki (1985) wprowadzili koncepcję hermetyzacji PCM w nienasyconej matrycy poliestrowej dla materiału budowlanego., Najnowszy przegląd PCM dla kopert budowlanych można znaleźć w odniesienia (Osterman, Tyagi, Butala, Rahim, & strih, 2012; Pomianowski, Heiselberg, & Zhang, 2013; Soares, Costa, Gaspar, & & W zależności od składowej koperty badania PCM można podzielić na trzy grupy: Cegły, dachy i okna., W przypadku cegieł Alawadhi (2008) przedstawił analizę termiczną cegieł z cylindrycznymi wgłębieniami wypełnionymi PCM, a wyniki wskazują, że zysk cieplny może być zmniejszony o 17,55% w określonych warunkach konstrukcyjnych i pogodowych. Zhang, Chen, Wu, & Shi (2011) poinformował o właściwościach termicznych cegły z PCM w rzeczywistych wahaniach temperatury zewnętrznej. Reakcja termiczna reprezentowana przez temperaturę wewnętrznej powierzchni ściany Ceglanej wypełnionej PCM jest oceniana i porównywana z temperaturą ściany z litej cegły., Chwieduk (2013) opublikował pracę na temat możliwości zastąpienia grubych i ciężkich mas termicznych cegieł zewnętrznych stosowanych w krajach o dużej szerokości geograficznej cienkimi i lekkimi masami termicznymi. Wpływ orientacji, położenia warstwy PCM, temperatury zmiany faz i warunków pogodowych był badany przez Izquierdo-Barrientos et al. (2012) i odkryli, że PCM pomaga zmniejszyć maksymalną i amplitudę chwilowego strumienia ciepła.
dla dachów, Alawadhi & Alqallaf (2011) zbadał betonowy dach z pionowymi otworami stożkowymi wypełnionymi PCM., Celem dachu PCM jest zmniejszenie przepływu ciepła z przestrzeni zewnętrznej do wewnętrznej poprzez zwiększenie masy termicznej dachu. Kształt kontenerów PCM utrzymuje wytrzymałość fizyczną dachu, w razie potrzeby można go łatwo wymienić i umożliwia rozszerzenie PCM podczas procesu topienia w górę. Strumień ciepła na wewnętrznej powierzchni dachu można zmniejszyć o 39%, jak podano., Analiza numeryczna przenikania ciepła przez konstrukcję dachu za pomocą PCM jest dokonana przez firmę Ravikumar & Sirinivasan (2011) i około 56% redukcja przyrostu ciepła do pomieszczenia jest uzyskiwana przy użyciu konstrukcji dachu PCM w porównaniu z konwencjonalnym dachem. Z drugiej strony, koncepcja podwójnych warstw PCM w dachu budynku została zaproponowana przez Pasupathy & Velraj (2008) dla całorocznego zarządzania ciepłem. Zaleca się stosowanie podwójnej warstwy PCM w dachu w celu zmniejszenia przepływu ciepła przez dach.,
przeprowadzono również badania nad PCM w oknach jako techniką zmniejszania przyrostu ciepła przez okna. Okna stanowią duży procent przyrostu ciepła w ciągu dnia, a energia przenika przez okna poprzez promieniowanie słoneczne i konwekcję. Dlatego zmniejszenie przyrostu ciepła przez okna jest kluczowym czynnikiem oszczędzania energii w budynkach, a w celu zmniejszenia przyrostu ciepła instalowane są zewnętrzne żaluzje, aby wyeliminować efekt promieniowania słonecznego., Roleta okienna wypełniona PCM została zaproponowana i przeanalizowana przez Alawadhi (2012), a także przeprowadzono badanie parametryczne w celu oceny wpływu różnych parametrów projektowych, takich jak typ i ilość PCM w żaluzji. Stwierdzono, że temperatura topnienia PCM powinna być zbliżona do maksymalnej temperatury zewnętrznej w ciągu dnia, a ilość PCM powinna być wystarczająca do wchłonięcia dużych ilości ciepła. Goia et al. (2012) opisał termo-fizyczne zachowanie konfiguracji systemu szyb PCM., Zbadano również okna z wypełnieniem PCM w celu zmniejszenia promieniowania słonecznego wchodzącego do przestrzeni wewnętrznej przez okna (Ismail, Salinas, & Henriquez, 2008), a skuteczność systemu porównano z oknami wypełnionymi gazami odblaskowymi.
