The use of paraffin type phase change material (PCM) in building envelope with the aim of improving latent heat storage of the structure is investigated. The phase transition temperature that allows the best utilization of PCM's latent heat storage is equal to the daily wall average temperature at the location where PCM is placed inside the wall.
ความเปนมาและความสําคัญของปญหา
การใช้ PCM เป็นส่วนประกอบของวัสดุก่อสร้างที่มีโครงสร้างได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในสภาพอากาศอบอุ่นในยุโรปและอเมริกาเหนือสำหรับใช้ในระบบทำความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์แบบพาสซีฟ การศึกษาหลาย ๆ ชิ้นได้แสดงให้เห็นถึงประโยชน์ของการใช้ PCM เพื่อจัดเก็บและจัดการการถ่ายโอนพลังงานความร้อน เพื่อประสิทธิภาพสูงสุด การใช้ PCM ในวัสดุโครงสร้างอาคารแต่ละประเภทในแต่ละท้องที่จำเป็นต้องศึกษาประสิทธิภาพของ PCM ในการตอบสนองต่อสภาพอากาศและลักษณะภาระความเย็นของอาคาร ดังนั้นงานวิจัยที่นำเสนอนี้จะศึกษาศักยภาพและการใช้ PCM เป็นส่วนประกอบในโครงสร้างของอาคารอุตสาหกรรมทั่วไปตามสภาพแวดล้อม สภาพภูมิอากาศของกรุงเทพมหานคร เพื่อควบคุมพฤติกรรมการถ่ายเทความร้อนภายในอาคาร
วัตถุประสงคของงานวิจัย
คําถามการวิจัย
สมมุติฐานการวิจัย
ขอบเขตของการวิจัย
กลุมเปาหมาย หรือประชากร
เนื้อหาของการวิจัย
นิยามศัพทเฉพาะ
PCM ที่พิจารณาสำหรับการใช้งานภายในอาคารอาจเป็นได้ทั้งวัสดุอนินทรีย์ (เช่น เกลือไฮเดรต) หรือวัสดุอินทรีย์ (เช่น ไขพาราฟินหรือกรดไขมัน) (Hawes และอื่น ๆ ซึ่งวัสดุ PCM อินทรีย์ถูกระบุว่ามี) งานวิจัยนี้อาศัยการวิเคราะห์ผลการคำนวณจากการจำลองแบบอัตโนมัติด้วยวิธีเชิงตัวเลขเพื่อศึกษาศักยภาพของการใช้ PCM เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างผนังอาคารที่ตอบสนองต่อสภาพอากาศของกรุงเทพฯ โดยผ่านพฤติกรรมการถ่ายเทความร้อน อุณหภูมิ และการดูดซับความร้อนของผนังโครงสร้างเมื่อผสม PCM และไม่มี PCM ในเนื้อวัสดุ
ระเบียบงานวิจัย
แบบแผนทางการวิจัย
ขั้นตอนการดําเนินงาน
ประชากรและกลุมตัวอยาง
เครื่องมือและวัสดุสําหรับการวิจัย
การรวบรวมขอมูลและการวิเคราะหขอมูล
รูปแบบจําลองผนังและสมการการถายเทความรอนที่เกี่ยวของ
สมการเชิงตัวเลขของแบบจําลองการถายเทความรอนของผนัง
โหนดผนังภายนอกสามารถวิเคราะห์ได้โดยใช้สมดุลพลังงานสำหรับระดับเสียงควบคุมแบบแรเงาในภาพประกอบ 4 โหนดผนังในอาคารสามารถวิเคราะห์ได้โดยใช้สมดุลพลังงานสำหรับระดับเสียงควบคุมแบบแรเงาในภาพประกอบ 5
สมการจําลองพฤติกรรมทางความรอนของสารเปลี่ยนสถานะ
ขอมูลภูมิอากาศและการคํานวณรังสีแสงอาทิตยตกกระทบพื้นผิว
ปริมาณความร้อนแฝงของ PCM ที่ปะปนอยู่ภายในผนังระหว่างวันถ่ายเทความร้อน ความสามารถในการดูดซับความร้อนรวม 24 ชั่วโมงของผนังถูกคำนวณเพื่อใช้เป็นตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพความร้อนแฝงของ PCM ที่อุณหภูมิเปลี่ยนแปลง สถานะต่างๆ ผลการคำนวณหากพบว่า ณ อุณหภูมิเปลี่ยนผ่านที่กำหนด ผนังสามารถดูดซับความร้อนได้จำนวนมาก แสดงว่า PCM มีความร้อนแฝงมาก หรือ PCM ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ขั้นต่ำบนพื้นผิวผนังภายในและภายนอกในรูปที่ 18 ไม่เกิดขึ้นกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของแอปพลิเคชัน สถานะเดียวกัน ซึ่งหมายความว่าความร้อนแฝงของ PCM ถูกใช้โดยปริมาณที่มากเกินไปที่ตำแหน่ง เกี่ยวกับความหนาของผนัง ผลการตอบสนองของพฤติกรรมทางความร้อนของผนังที่มีและไม่มี PCM ภายใต้สภาวะแวดล้อม ซึ่งเปลี่ยนแปลงทุกวันในเดือนเมษายน ในกรุงเทพฯ เพื่อใช้ตัวอย่างข้อมูลสภาพอากาศของโปรแกรม Weather Maker ซึ่งเป็นข้อมูลสภาพอากาศและความเข้มของแสงอาทิตย์
ผลการคำนวณข้างต้นแสดงให้เห็นว่าการใช้ PCM สามารถลดภาระการทำความเย็นรวม 24 ชั่วโมงของอาคารได้ และที่สำคัญที่สุดคือสามารถเคลื่อนย้ายภาระความร้อนที่ได้รับจากแสงแดดและสภาพอากาศจากกลางวันสู่กลางคืน เมื่ออาคารไม่ได้ใช้งานหรือเมื่ออัตราค่าไฟฟ้าเพื่อการทำความเย็นลดลง ส่งผลให้การใช้พลังงานในการทำความเย็นลดลง และลดขนาดระบบทำความเย็นลงได้ เมื่อเปรียบเทียบการถ่ายเทความร้อนของผนังเบาเมื่อไม่ได้ใช้ PCM แต่เพิ่มความหนา ความหนาของชั้นฉนวนเพิ่มขึ้นเป็นความหนารวม 50 มม. ดังภาพประกอบ ที่ความหนาประมาณ 10 มม. สารเปลี่ยนเฟสมีปริมาณที่เหมาะสมสำหรับการใช้ผนังเบาตามสภาพแวดล้อมที่กำหนด นั่นคือปริมาณของการเปลี่ยนแปลงสถานะไม่ใหญ่มาก จำเป็นมากที่ความจุความร้อนแฝงจะไม่ถูกนำไปใช้อย่างเต็มที่ ซึ่งสามารถคำนวณได้เป็น ประสิทธิภาพการใช้สารเปลี่ยนแปลง (% active PCM) ลดลงเมื่อความหนาของชั้น PCM มากกว่า 10 มม. ดังแสดงในรูป 27b.
ประสิทธิภาพการใช้ความจุความร้อนแฝงของเครื่องเปลี่ยนเฟสคือ 100% ในระหว่างวัน เนื่องจากผนังดูดซับความร้อนจากสภาพแวดล้อมจนกระทั่ง PCM หายไป ของแข็งเป็นของเหลวอย่างสมบูรณ์ ทำให้เกิดการดูดกลืนความร้อนของ PCM จากการถ่ายเทความร้อนไปยังผนัง
