Numerička studija skladištenja latentne toplote i potencijala uštede energije kod PCM zidova
##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##
##plugins.themes.bootstrap3.article.main##
http://orcid.org/0000-0002-3397-2215
Ahmet Yüksel
http://orcid.org/0000-0002-0472-0342
Ruitong Yang
http://orcid.org/0000-0002-8442-0445
Apstrakt
Cilj ove studije je numeričko ispitivanje efekata različitih tipova materijala sa promenom faze (PCM), njihovih debljina i položaja unutar spoljnog zida na skladištenje latentne toplote i, posledično, na uštede energije za grejanje i hlađenje u stambenim zgradama. Analizirana su tri različita tipa PCM-a i upoređena sa fazno stabilizovanim materijalom (PSM), koji poseduje identične toplotne osobine, ali ne prolazi kroz faznu tranziciju, kako bi se izolovao i kvantifikovao specifičan doprinos latentne toplote. Pored toga, izvršena su poređenja sa konvencionalnim zidom bez PCM-a, što je omogućilo procenu doprinosa latentne toplote i ukupnog efekta na toplotnu inerciju. Analize su sprovedene u klimatskim uslovima Istanbula, Turska, koji je klasifikovan kao Csa (mediteranska klima sa vrelim letima) prema klasifikaciji Köppen-Geiger. Ova studija obuhvata ne samo godišnje i mesečne analize, već i dnevne i časovne procene, omogućavajući dublje razumevanje prolaznog toplotnog ponašanja i toplotne inercije PCM-a. Nalazi naglašavaju značaj optimizacije tipa PCM-a, njegove debljine i položaja u projektovanju omotača zgrade radi maksimiziranja energetske efikasnosti. Rezultati pokazuju da postavljanje PCM-a bliže unutrašnjoj površini obezbeđuje najefikasnije korišćenje latentne toplote i najveće uštede energije, pri čemu PCM RT18 debljine 30 mm smanjuje godišnju potrošnju energije za grejanje i hlađenje do 3,7% u poređenju sa referentnim slučajem. Povećanje debljine PCM-a od 1 mm do 30 mm generalno je smanjilo ukupnu godišnju potrošnju energije (u proseku za 2,5%), ali odgovor na opterećenje hlađenja nije bio konzistentan. Na primer, kada je RT18 postavljen bliže spoljašnjoj površini, sloj od 1 mm imao je istu potražnju za hlađenjem kao referentni slučaj, dok je sloj od 18 mm povećao potražnju za 1% zbog odloženog oslobađanja toplote tokom perioda maksimalnog hlađenja. U nekim slučajevima, kao što je kada su PCM RT21 i RT25 postavljeni bliže spoljašnjoj površini, efekat latentne toplote bio je zanemarljiv, rezultirajući gotovo istim ukupnim godišnjim opterećenjem kao u referentnom slučaju. Štaviše, kada su PCM-ovi postavljeni bliže unutrašnjoj površini, doprinos latentne toplote ostao je dosledno pozitivan kroz sve debljine.
##plugins.themes.bootstrap3.article.details##
Reference
[2] Verbeke, S., & Audenaert, A. (2018). Thermal inertia in buildings: A review of impacts across climate and building use. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 82, 2300–2318. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.08.083
[3] Karlsson, J., Wadsö, L., & Öberg, M. (2013). A conceptual model that simulates the influence of thermal inertia in building structures. Energy and Buildings, 60, 146–151. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2013.01.017
[4] Kuczyński, T., & Staszczuk, A. (2020). Experimental study of the influence of thermal mass on thermal comfort and cooling energy demand in residential buildings. Energy, 195, 116984. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.116984
[5] Wang, X., Li, W., Luo, Z., Wang, K., & Shah, S. P. (2022). A critical review on phase change materials (PCM) for sustainable and energy efficient building: Design, characteristic, per-formance and application. Energy and Buildings, 260, 111923. https://doi.org/10.1016/ j.enbuild.2022.111923
[6] Shree, V., Dwivedi, A., Saxena, A., Pathak, S. K., Agrawal, N., Tripathi, B. M., Shukla, S. K., Kumar, R., & Goel, V. (2025). A comprehensive review of harnessing the potential of phase change materials (PCMs) in energy-efficient building envelopes. Journal of Building En-gineering, 101, 111841. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2025.111841
[7] Guarino, F., Dermardiros, V., Chen, Y., Rao, J., Athienitis, A., Cellura, M., & Mistretta, M. (2015). PCM Thermal Energy Storage in Buildings: Experimental Study and Applications. Energy Procedia, 70, 219–228. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.02.118
[8] Guarino, F., Athienitis, A., Cellura, M., & Bastien, D. (2017). PCM thermal storage design in buildings: Experimental studies and applications to solaria in cold climates. Applied Energy, 185, 95–106. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.10.046
[9] Arıcı, M., Bilgin, F., Nižetić, S., & Karabay, H. (2020). PCM integrated to external building walls: An optimization study on maximum activation of latent heat. Applied Thermal Engineer-ing, 165, 114560. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.114560
[10] Kuznik, F., & Virgone, J. (2009). Experimental assessment of a phase change material for wall building use. Applied Energy, 86(10), 2038–2046. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2009 01.004
[11] Castellón, C., Castell, A., Medrano, M., Martorell, I., & Cabeza, L. F. (2009). Experimental Study of PCM Inclusion in Different Building Envelopes. Journal of Solar Energy Engineering, 131(4). https://doi.org/10.1115/1.3197843
[12] TSE, TS 825 – Thermal Insulation Requirements for Buildings, Turkish Standards Institution, Ankara, 2025.
[13] American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE), Inter-national Weather for Energy Calculations (IWEC Weather Files), Atlanta, GA: ASHRAE, 2001.
[14] Rubitherm GmbH. (2024). Phase Change Materials (RT Series) – Technical Data Sheets. Available at: https://www.rubitherm.eu/en/productcategory/organische-pcm-rt