بررسی تاثیر مواد تغییر فاز دهنده دردیوار ترومب بر میزان بهره‌وری انرژی ساختمان (مورد پژوهی: ساختمان بانک تجارت شبعه دانشگاه زنجان- اقلیم سرد و خشک)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه معماری، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

2 استادیار، گروه معماری، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

3 استادیار گروه معماری، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه بین المللی امام خمینی، قزوین، ایران

4 مربی،گروه معماری و شهرسازی، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران

چکیده
امروزه استفاده از انرژی خورشید، یکی از راهکارهای کاهش مصرف انرژی ساختمان‌ها است. از شیوه‌های کاربردی در این زمینه، استفاده از دیوارهای ترومب است. هدف از انجام این پژوهش تعیین راهکار بهبود عملکرد حرارتی دیوار ترومب، آسایش حرارتی فضای داخلی ساختمان و کاهش بار سرمایش و گرمایش در تمام فصول، با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده است. روش انجام این پژوهش شبه تجربی با استفاده از شبیه‌سازی یک پروژه واقعی، در محیط نرم افزار دیزاین بیلدر، بر روی دو نوع دیوار ترومب سنتی و با مواد تغییر فاز دهنده، یک نمونه واقعی در اقلیم سرد وخشک بوده است. از بررسی‌های صورت گرفته می‌توان دریافت که دیوار بتنی به ضخامت 3۰ سانتی متر با مقاومت حرارتی 65/۰ با زمان تاخیر 7 ساعت و 12 دقیقه، بهترین نوع دیوار ترومب سنتی است؛ که مصرف گرمایش، سرمایش و انرژی اولیه را به ترتیب به میزان حدود 2۰، 14 و 8 درصد کاهش می‌دهد. در دیوار ترومب ترکیبی، با مواد تغییر فاز دهنده می‌توان میزان گرمایش، سرمایش و انرژی اولیه را به ترتیب 51، 11 و 15 درصد کاهش داد. این نتیجه به کارایی بالای مواد تغییرفازدهنده در دیوار ترومب در کاهش بار گرمایشی اشاره دارد. استفاده از مواد تغییر فاز دهنده می‌تواند آسایش حرارتی فضای داخلی ساختمان را بهبود می‌بخشد و مصرف انرژی را در مقایسه با دیوار ترومب سنتی در تمام سال کاهش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

- منابع:
[1] L. Mokhtari, S. H. Kariminia, and M. Kianersi, Typology of general form and relative compactness of residential buildings in Tehran from the perspective of climatic performance and optimization of energy consumption, Naqshejahan - Basic Studies and New Technologies of Architecture and Planning, Vol. 11, No. 4, pp. 60–78, 2021. (in Persian)
[2] G. H. Shams and M. Moshari, Health and post-corona: Air filtration through building skins as biological membranes, Naqshejahan - Basic Studies and New Technologies of Architecture and Planning, Vol. 11, No. 4, pp. 44–59, 2021. (in Persian)
[3] E. Van Bueren, H. van Bohemen, and H. Visscher, Sustainable Urban Environments: An Ecosystems Approach, 2012.
[4] M. Moulaii, N. Jodeyri Heidari, and K. H. Hemati, Contemporization of historic houses and sustainable tourism development; Case study: Arbab-Hormuz Mansion in Tehran, Naqshejahan - Basic Studies and New Technologies of Architecture and Planning, Vol. 11, No. 2, pp. 49–65, 2021. (in Persian)
[5] D. Talukdar, C. G. Li, and M. Tsubokurra, Investigation on optimization of the thermal performance for compressible laminar natural convection flow in open-ended vertical channel, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 134, pp. 794–806, 2019.
[6] M. Rezaee and A. Shahcheraghi, Effect of planting system of Iranian garden on thermal comfort of open spaces; Case study: Jahan Nama Shiraz Garden, Naqshejahan - Basic Studies and New Technologies of Architecture and Planning, Vol. 11, No. 3, pp. 1–15, 2021. (in Persian)
[7] H. Omrany, A. Ghaffarian Hoseini, A. H. Ghaffarian Hoseini, K. Raahemifar, and J. Tookey, Application of wall systems for improving the energy efficiency in buildings: A comprehensive review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 62, pp. 1252–1269, 2016.
[8] Z. Hu, W. He, J. Ji, and S. Zhang, A review on the application of Trombe wall system in building, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 76, pp. 976–987, 2017.
[9] S. Li, N. Zhu, P. Hu, F. Lei, and R. Deng, Numerical study on thermal performance of PCM Trombe wall, in: Proceedings of the 10th International Conference on Applied Energy (ICAE2018), Hong Kong, 2018, Energy Procedia, Vol. 152, pp. 22–25.
[10] Z. Hu, W. He, D. Hu, S. Lv, L. Wang, J. Ji, H. Chen, and J. Ma, Design, construction and performance testing of a PV blind-integrated Trombe wall module, Applied Energy, Vol. 203, pp. 643–656, 2017.
[11] D. Zou, X. Ma, X. Liu, P. Zheng, and Y. Hu, Thermal performance enhancement of composite phase change material (PCM) using graphene and carbon nanotubes as additives for the potential application in lithium-ion power battery, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 129, pp. 33–41, 2018.
[12] S. Duan, C. Jing, and Z. Zhao, Energy and exergy analysis of different Trombe walls, Energy and Buildings, Vol. 126, pp. 517–523, 2016.
[13] A. Abdeen, A. Serageldin, M. Ibrahim, A. El-Zafarany, Sh. Ookawara, and R. Murata, Experimental, analytical, and numerical investigation into the feasibility of integrating a passive Trombe wall into a single room, Applied Thermal Engineering, Vol. 159, pp. 751–768, 2019.
[14] L. E. Bourdeau, Study of two passive solar systems containing phase change materials for thermal storage, in: Proceedings of the 5th National Passive Solar Conference, Amherst, Mass., Oct. 1980, pp. 19–26.
[15] U. Stritih and P. Novak, Solar heat storage wall for building ventilation, Renewable Energy, Vol. 8(1–4), pp. 268–271, 1996.
[16] J. Onishi, H. Soeda, and M. Mizuno, Numerical study on a low energy architecture based upon distributed heat storage system, Renewable Energy, Vol. 22(1–3), pp. 61–66, 2001.
[17] F. Fiorito, Trombe walls for lightweight buildings in temperate and hot climates: Exploring the use of phase-change materials for performance improvement, Energy Procedia, Vol. 30, pp. 1110–1119, 2012.
[18] A. Kurnuc and Y. Ali, Performance of coupled novel triple glass and phase change material wall in the heating season: An experimental study, Energy and Buildings, Vol. 86, pp. 2432–2442, 2012.
[19] L. Zalewski, A. Joulin, S. Lassue, Y. Dutil, and D. Rousse, Experimental study of small-scale solar wall integrating phase change material, Solar Energy, Vol. 86(1), pp. 208–219, 2012.
[20] M. Rabani, V. Kalantar, A. K. Faghih, M. Rabani, and R. Rabani, Numerical simulation of a Trombe wall to predict the energy storage rate and time duration of room heating during the non-sunny periods, Heat and Mass Transfer, Vol. 49(10), pp. 1395–1404, 2013. (in Persian)
[21] Y. Li and S. Liu, Experimental study on thermal performance of a solar chimney combined with PCM, Applied Energy, Vol. 113, pp. 172–178, 2014.
[22] D. I. Kolaitis, R. Garay Martinez, and M. A. Founti, An experimental and numerical simulation study of an active solar wall enhanced with phase change materials, Journal of Facade Design and Engineering, Vol. 3(1), pp. 71–80, 2015.
[23] Y. Berthou, P. H. Biwole, P. Achard, H. Sallée, M. Tantot-Neirac, and F. Jay, Full-scale experimentation on a new translucent passive solar wall combining silica aerogels and phase change materials, Solar Energy, Vol. 115, pp. 733–742, 2015.
[24] F. Guarino, A. Athienitis, M. Cellura, and D. Bastien, PCM thermal storage design in buildings: Experimental studies and applications to solaria in cold climates, Applied Energy, Vol. 185, pp. 95–106, 2017.
[25] E. Leang, P. Tittelein, L. Zalewski, and S. Lassue, Numerical study of a composite Trombe solar wall integrating microencapsulated PCM, Energy Procedia, Vol. 123, pp. 1009–1014, 2017.
[26] Y. Wattez, T. Cosmatu, M. Tenpierik, M. Turrin, F. Heinzelmann, L. Brotas, and F. Nicol, Renewed Trombe wall passively reduces energy consumption, in: Proceedings of Passive and Low Energy Architecture (PLEA) 2017, Edinburgh, 2017. Available online.
[27] G. Zhou and M. Pang, Experimental investigations on thermal performance of phase change material–Trombe wall system enhanced by delta winglet vortex generators, Energy, Vol. 83, pp. 758–769, 2015.
[28] N. Zhu, P. Liu, P. Hu, F. Liu, and Z. Jiang, Modeling and simulation on the performance of a novel double shape-stabilized phase change materials wallboard, Energy and Buildings, Vol. 107, pp. 181–190, 2015.
[29] B. Yu, J. Hou, W. He, S. Liu, Z. Hu, J. Ji, and H. Chen, The performance analysis of a novel hybrid solar gradient utilization photocatalytic-thermal-catalytic Trombe wall system, Energy, Vol. 174, pp. 420–435, 2019.
[30] J. Dong, Z. Chen, L. Zhang, Y. Cheng, S. Sun, and J. Jie, Experimental investigation on the heating performance of a novel designed Trombe wall, Energy, Vol. 168, pp. 728–736, 2019. DOI: 10.1016/j.energy.2018.11.125.
[31] M. Rabani, V. Kalantar, A. A. Dehghan, and A. K. Faghih, Empirical investigation of the cooling performance of a new designed Trombe wall in combination with solar chimney and water spraying system, Energy and Buildings, Vol. 102, pp. 45–57, 2015. (in Persian)
[32] C. K. Mytafides, A. Dimoudi, and S. Zora, Transformation of a university building into a zero energy building in Mediterranean climate, Energy and Buildings, Vol. 155, pp. 98–114, 2020.
 
 
 
 
 
 
دوره 13، شماره 1 - شماره پیاپی 25
اردیبهشت 1405
صفحه 46-52

  • تاریخ دریافت 09 خرداد 1403
  • تاریخ بازنگری 25 شهریور 1403
  • تاریخ پذیرش 13 شهریور 1404