10.1 Einführung
Wärmedämmstoffe werden ausgewählt, um den Wärmefluss über ein Medium zu reduzieren, und sie können aus einem oder mehreren Materialien bestehen. Wärmedämmstoffe sparen der US-Industrie mehr als 60 Milliarden US-Dollar/Jahr an Energiekosten (Cengel, 1998, S. 158-159). Daher motiviert die Bedeutung der Dämmstoffe Energieingenieure, die thermischen Eigenschaften der Wärmedämmstoffe zu einem höheren Wärmebeständigkeit zu verbessern., Faserige, zelluläre und körnige Substanzen werden üblicherweise als Dämmstoffe in Gebäuden verwendet. Die Auswahl des Wärmedämmmaterials basiert auf seiner Wärmeleitfähigkeit, seiner thermischen Masse, der Temperatur von Innen-und Außenräumen, seiner Haltbarkeit, seinen Kosten und anderen Faktoren. Die thermophysikalischen Eigenschaften der in der Gebäudehülle verwendeten Materialien beeinflussen stark den Heiz-oder Kühlenergieverbrauch. Die Wärmeleitfähigkeit beeinflusst den Wärmefluss in einem stationären Zustand., Für einen vorübergehenden Zustand beeinflusst die spezifische Wärme auch den Wärmestrom, indem sie die Wärme in Form von sensibler Wärme absorbiert und speichert. Die Sonnenintensität und die Außenlufttemperatur variieren mit der Zeit; Daher beeinflussen die Wärmeleitfähigkeit und die spezifische Wärme der Materialien, die in Gebäudehüllen verwendet werden, den Wärmefluss. Die bevorzugten Wärmeisolationen sind Materialien mit hoher thermischer Kapazität und geringer Wärmeleitfähigkeit., Eine umfassende Überprüfung der Designökonomie von Wärmedämmstoffen wurde von Turner & Malley durchgeführt, und Torgal, Mistretta, Kaklauskas, Granqvist, & Cabeza (2013) erklärte in ihrem Buch, wie man die Herausforderungen der Gebäudesanierung in Richtung nahezu Nullenergie angehen kann.
Der Einbau von Phasenwechselmaterial (PCM) in die Gebäudehülle wurde als kostengünstige Technik zur Reduzierung der Kühllasten untersucht., PCMs sind organische oder anorganische Substanzen mit niedriger Schmelztemperatur und hoher latenter Fusionswärme wie Paraffin und Salz. Die PCMs werden als kapazitive Dämmstoffe klassifiziert, da sie den Wärmefluss verlangsamen, indem sie die Wärme absorbieren. Bei hohen Außentemperaturzeiten schmilzt und speichert das PCM einen Teil der Wärme, während es von außen nach innen übertragen wird, und bei niedrigen Außentemperaturzeiten verfestigt sich das PCM und gibt die gespeicherte Wärme ab., Während des Schmelzprozesses erhöht sich die spezifische Wärme des PCM auf mehr als das 100-fache, wodurch es eine große Menge an Energie in einer relativ kleinen Menge PCM aufnehmen kann. Die Verwendung von PCM im Baustoff wurde von Barkmann & Wessling (1975) vorgeschlagen. Morikama, Suzuki, Okagawa und Kanki (1985) führten das Konzept der Verkapselung von PCM in einer ungesättigten Polyestermatrix für Baumaterial ein., Eine aktuelle Beurteilung der PCM für Gebäudehüllen können gefunden werden in Referenzen (Osterman, Tyagi, Butala, Rahim, & Stritih, 2012; Pomianowski, Heiselberg, & Zhang, 2013; Soares, Costa, Gaspar, & Santos, 2013; Waqas & Din, 2013). Abhängig von der Komponente des Umschlags kann die Forschung für PCM in drei Gruppen eingeteilt werden: Ziegel, Dächer und Fenster., Für Ziegel präsentierte Alawadhi (2008) eine thermische Analyse von Ziegeln mit zylindrischen Vertiefungen, die mit PCM gefüllt waren, und die Ergebnisse zeigen, dass der Wärmegewinn für bestimmte Konstruktions-und Wetterbedingungen um 17,55% reduziert werden kann. Zhang, Chen, Wu, & Shi (2011) berichtete über die thermischen Eigenschaften von Ziegeln mit PCM unter real schwankenden Außentemperaturen. Die thermische Reaktion, die durch die Innenwandoberflächentemperatur von mit PCM gefüllten Ziegelmauern dargestellt wird, wird ausgewertet und mit der von massiven Ziegelmauern verglichen., Chwieduk (2013) veröffentlichte ein Papier über die Möglichkeit, die in Ländern mit hohem Breitengrad verwendeten dicken und schweren thermischen Massensteine durch dünne und leichte thermische Massensteine zu ersetzen. Der Effekt von Orientierung, Position der PCM-Schicht, Phasenwechseltemperatur und Wetterbedingungen wurde von Izquierdo-Barrientos et al. (2012), und sie fanden heraus, dass das PCM hilft, das Maximum und die Amplitude des momentanen Wärmeflusses zu reduzieren.
Für Dächer untersuchte Alawadhi & Alqallaf (2011) ein Betondach mit vertikalen Kegellöchern, die mit PCM gefüllt waren., Ziel des PCM-Daches ist es, den Wärmefluss vom Außen-in den Innenraum zu reduzieren, indem die thermische Masse des Daches erhöht wird. Die Form für die PCM-Behälter behält die physikalische Festigkeit des Daches bei, kann bei Bedarf leicht ausgetauscht werden und ermöglicht eine Ausdehnung des PCM während des Schmelzvorgangs in Aufwärtsrichtung. Der Wärmefluss an der Innenfläche des Daches kann, wie berichtet, um 39% reduziert werden., Die numerische Analyse der Wärmeübertragung über die Dachkonstruktion mit PCM erfolgt durch Ravikumar & Sirinivasan (2011), und im Vergleich zu einem herkömmlichen Dach wird bei einer PCM-Dachkonstruktion eine Verringerung des Wärmegewinns in den Raum um ungefähr 56% erzielt. Andererseits wurde das Konzept der Doppelschichten von PCM in einem Gebäudedach von Pasupathy & Velraj (2008) für ein ganzjähriges Wärmemanagement vorgeschlagen. Die doppelte PCM-Schicht im Dach wird empfohlen, um den Wärmefluss durch das Dach zu reduzieren.,
Forschung für PCM in Fenstern wurde auch als eine Technik zur Verringerung der Wärmezunahme durch Fenster durchgeführt. Fenster machen tagsüber einen großen Prozentsatz des Wärmezuwachses aus, und Energie dringt durch Sonnenstrahlung und Konvektion in die Fenster ein. Daher ist die Reduzierung des Wärmegewinns durch Fenster der Schlüsselfaktor für die Energieeinsparung in Gebäuden, und um den Wärmegewinn zu reduzieren, werden externe Rollläden installiert, um die Wirkung der Sonnenstrahlung zu beseitigen., Ein mit PCM gefüllter Fensterladen wurde von Alawadhi (2012) vorgeschlagen und analysiert, und eine parametrische Studie wird durchgeführt, um die Wirkung verschiedener Konstruktionsparameter wie PCM-Typ und-Menge im Verschluss zu bewerten. Es wurde berichtet, dass die Schmelztemperatur von PCM tagsüber nahe der maximalen Außentemperatur liegen sollte und die Menge an PCM ausreichen sollte, um große Mengen an Wärmegewinn aufzunehmen. Goia et al. (2012) beschrieb das thermophysikalische Verhalten von PCM-Verglasungssystemkonfigurationen., PCM-gefüllte Glasfenster zur Reduzierung der Sonnenstrahlung, die durch die Fenster in den Innenraum gelangt, wurden ebenfalls untersucht (Ismail, Salinas, & Henriquez, 2008), und die Wirksamkeit des Systems wird mit Fenstern verglichen, die mit reflektierenden Gasen gefüllt sind.
