بکارگیری مواد تغییر فاز دهنده در نمای دو پوسته؛ راهکاری مؤثر برای بهره گیری از انرژی تجدید پذیر خورشید

نوع مقاله: علمی-ترویجی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی مکانیک و مدیرگروه پژوهشی انرژی در ساختمان و آسایش حرارتی دانشگاه بیرجند، بیرجند

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد

چکیده

امروزه استفاده از نماهای دو پوسته به دلیل تأثیر قابل توجه بر کاهش مصرف انرژی ساختمان­ها در کنار جذب حداکثری انرژی تجدید پذیر خورشید مورد توجه بسیاری از مهندسان قرار گرفته است. تحقیقات پیشین نشان داده است که نماهای دو پوسته در فصل سرد عملکرد حرارتی مطلوبی دارد. این در حالی است که در فصل گرم سال، استفاده از نمای دو پوسته می­تواند گاهی موجب افزایش بار ساختمان شود. بر این اساس در سالهای اخیر، ایده­ استفاده از نماهای دو پوسته دارای مواد تغییر فاز دهنده به منظور کاهش مصرف انرژی در فصل گرم سال ارائه شده است. در تحقیق حاضر، با در نظر گرفتن یک ساختمان بلند مرتبه دارای نمای دو پوسته تغییر فاز دهنده در اقلیم­های تبریز و بندرعباس، به تحلیل عملکرد حرارتی نماهای دو پوسته تغییر فاز دهنده در طول سال پرداخته شده است. نتایج نشان داد که در اقلیم تبریز استفاده از نماهای دو پوسته معمولی، اگر چه در ماه­های سرد حدود 20 درصد مصرف انرژی را کاهش می­دهد؛ ولی می­تواند موجب افزایش 14 درصدی بار سرمایشی در تابستان شود. این در حالی است که با استفاده از نماهای دو پوسته­ با شیشه­های تغییر فاز دهنده مصرف انرژی در ماه­های سرد و گرم سال، به ترتیب حدود 5/12% و 7% کاهش خواهد یافت. برای اقلیم بندرعباس نیز عملکرد نمای دوپوسته تغییر فاز دهنده در طول سال مثبت بوده و مصرف انرژی سرمایشی و گرمایشی را به ترتیب 7/5% و 6/12% کاهش داده است.

کلیدواژه‌ها


[1]  H. Poirazis, Double skin façades for office buildings,  Report EBD-R--04/3, Department of Construction and Architecture, Lund Institute of Technology, Lund University,  pp. 1-192, 2004.

[2]   D. Stribling, B. Stigge, A critical review of the energy savings and cost payback issues of double façades, in CIBSE/ASHRAE Conference, 2009.

[3]   A. Ghanbaran, A. Hosseinpour, Assessment of thermal behavior of double skin façade in the climate of Tehran, Sustainable Architecture and Urban Development, Vol. 1, No. 2, pp. 43-53, 2013. (In Persian)

[4]   G. Gan, Thermal transmittance of multiple glazing: computational fluid dynamics prediction, Applied Thermal Engineering, Vol. 21, No. 15, pp. 1583-1592, 2001.

[5]   J. L. M. Hensen, M. Bartak, D. Frantisek, Modeling and simulation of a double-skin facade system, ASHRAE Transactions, Vol. 108, No. 2, pp. 1251-1259, 2002.

[6]   M. Kragh, Mechanically ventilated double skin façades,  in: M. Anson, J. M. Ko, E. S. S. Lam, Advances in Building Technology, Eds., pp. 1233-1240, Oxford: Elsevier, 2002.

[7]   E. Gratia, A. De Herde, Natural ventilation in a double-skin facade, Energy and Buildings, Vol. 36, No. 2, pp. 137-146, 2004.

[8]   E. Gratia, A. De Herde, Optimal operation of a south double-skin facade, Energy and Buildings, Vol. 36, No. 1, pp. 41-60, 2004.

[9]   H. Manz, Total solar energy transmittance of glass double façades with free convection, Energy and Buildings, Vol. 36, No. 2, pp. 127-136, 2004.

[10] T. E. Jiru, F. Haghighat, Modeling ventilated double skin façade—A zonal approach, Energy and Buildings, Vol. 40, No. 8, pp. 1567-1576, 2008.

[11] V. Huckemann, E. Kuchen, M. Leão, É. F. T. B. Leão, Empirical thermal comfort evaluation of single and double skin façades, Building and Environment, Vol. 45, No. 4, pp. 976-982, 2010.

[12] N. Hashemi, R. Fayaz, M. Sarshar, Thermal behaviour of a ventilated double skin facade in hot arid climate, Energy and Buildings, Vol. 42, No. 10, pp. 1823-1832, 2010.

[13] H. Ghadamian, M. Ghadimi, M. Shakouri, M. Moghadasi, M. Moghadasi, Analytical solution for energy modeling of double skin façades building, Energy and Buildings, Vol. 50, No. 0, pp. 158-165, 2012.

[14] M. A. Sabooni, H. M. Vaseti, M. Maerefat, A. Azimi, Development of thecapability of EnergyPlus software to simulation of building double-skin facade, in International Symposium on Sustainable Energy in Buildings and Urban Areas, Kusadasi, Turkey, 2012.

[15] M. Ghadimi, H. Ghadamian, A. A. Hamidi, M. Shakouri, S. Ghahremanian, Numerical analysis and parametric study of the thermal behavior in multiple-skin façades, Energy and Buildings, Vol. 67, No. 0, pp. 44-55, 2013.

[16] H. Weinläder, A. Beck, J. Fricke, PCM-facade-panel for daylighting and room heating, Solar Energy, Vol. 78, No. 2, pp. 177-186, 2005.

[17] A. de Gracia, L. Navarro, A. Castell, Á. Ruiz-Pardo, S. Álvarez, L. F. Cabeza, Solar Absorption in a Ventilated Facade with PCM. Experimental Results, Energy Procedia, Vol. 30, No. 0, pp. 986-994, 2012.

[18] F. Goia, M. Perino, V. Serra, Improving thermal comfort conditions by means of PCM glazing systems, Energy and Buildings, Vol. 60, No. 0, pp. 442-452, 2013.

[19] A. de Gracia, L. Navarro, A. Castell, Á. Ruiz-Pardo, S. Alvárez, L. F. Cabeza, Experimental study of a ventilated facade with PCM during winter period, Energy and Buildings, Vol. 58, No. 0, pp. 324-332, 2013.

[20] A. de Gracia, L. Navarro, A. Castell, L. F. Cabeza, Numerical study on the thermal performance of a ventilated facade with PCM, Applied Thermal Engineering, Vol. 61, No. 2, pp. 372-380, 2013.

[21] A. de Gracia, L. Navarro, A. Castell, D. Boer, L. F. Cabeza, Life cycle assessment of a ventilated facade with PCM in its air chamber, Solar Energy, Vol. 104, No. 0, pp. 115-123, 2014.

[22] M. Solhi, A. Zolfaghari, M. Fathian, M. Saadati Nasab, H. Moslehi, M. Rahimpour, Effect of melting temperature of phase change materials using in building's outer shell on annual energy consumption, in National Conference on Novel Building Installation (NCNBI), Kerman, Iran, 2013. (In Persian)

[23] M. Solhi, A. Zolfaghari, M. Fathian, H. Moslehi, M. Rahimpour, M. Saadati Nasab, Effect of using phase change materials in the building's outer shell on providing the occupants' thermal comfort without heating/cooling system, in 21th ISME Conference, Tehran, Iran, 2013. (In Persian)

[24] N. Soares, A. Samagaio, R.Vicente, J. Costa, Numerical simulation of a PCM shutter for buildings space heating during the winter, in World RenewableEnergy Congress, Linkoping, Sweden, 2011.

[25] Goia, F., Zinzi, M., Carnielo, E., Serra, V., Characterization of the optical properties of a PCM glazing system. Energy Procedia 30, 428– 437, 2012

[26] L. A. Diaz ,R. Viskanta, Experiments and  analysis  on  the  melting  of a  semitransparent  material by radiation, Warme- und Stofftibertragung 20,  311-321, 1986

[27] EnergyPlus, EnergyPlus Engineering Reference - The Reference to EnergyPlus Calculations, 2007.

[28] M. Ozdenefe, J. Dewsbury, Dynamic thermal simulation of a PCM lined building with Energy Plus, in Proceedings of 7th WSEAS International Conference on Energy and Environment, 2012.

[29] P. C. Tabares-Velasco, C. Christensen, M. Bianchi, Verification and validation of EnergyPlus phase change material model for opaque wall assemblies, Building and Environment, Vol. 54, pp. 186-196, 2012.

[30] P. A. Mirzaei, F. Haghighat, Modeling of phase change materials for applications in whole building simulation, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 16, pp. 5355-5362, 2012.

[31] R. L. Jensen, O. Kalyanova, P. Heiselberg, Modeling a naturally ventilated double skin façade with a building thermal simulation program., in 8th Nordic Symposium of Building Physics, 2008.