بررسي استفاده از مواد تغيير فاز دهنده در ديواره هواكش خورشيدي به منظور تهويه طبيعي فضاي يك اتاق

Using Phase Change Materials in a Solar Chimney Wall for Natural Ventilation of a Room

در اين پژوهش، استفاده از مواد تغيير فاز دهنده (پي سي ام ها) در ديواره هواكش خورشيدي، به روش تحليلي و عددي مورد مطالعه قرار گرفته است. براي شبيه سازي پديده تغيير فاز در پي سي ام از مدل ظرفيت حرارتي موثر استفاده شده است. معادلات بقاي انرژي براي هواكش خورشيدي و ديواره ذخيره ساز انرژي در حالت گذرا و براي بازه زماني 120 ساعت نوشته و توسط يك كد حل شده اند. نتايج نشان مي دهد، ذخيره سازي انرژي به صورت نهان، امكان تهويه 24 ساعته را توسط سامانه حتي در شار خورشيدي پايين 350 وات بر مترمربع فراهم مي كند؛ همچنين مشاهده مي شود، استفاده از پي سي ام به جاي بتون در ديواره ذخيره ساز، موجب كاهش ضخامت ديواره از 200 ميلي متر به 40 ميلي-متر و نيز كاهش نوسان دبي جرمي در كانال مي شود. در اين پژوهش، همچنين اثرات خواص ترموفيزيكي و ضخامت پي سي ام روي عملكرد سامانه (تعداد دفعات تعويض هوا در ساعت) بررسي شده است. نتايج نشان مي دهد كه افزايش ضريب هدايت حرارتي و نيز افزايش گرماي نهان ذوب پي سي ام به ازاي شار ورودي معين، تا حدي مشخص موجب بهبود عملكرد سامانه خواهد شد، ولي پس از آن، افزايش بيش تر اين دو عامل، تاثيري بر عملكرد سامانه ندارد.

In this work, the use of phase change materials (PCMs) in a solar chimney wall is investigated analytically and numerically. The effective heat capacity model is employed to simulate the phase change phenomenon in PCMs. The conservation energy equations for the solar chimney and the storage wall are written in an unsteady form and solved for 120 hours with a self-developed code. The results obtained show that the latent energy storage provides a 24-hour ventilation by the system even with a poor solar intensity of 350 W/m2. Also it was observed that the use of a PCM instead of a concrete in the storage wall reduced the wall thickness from 200 to 40 mm and also a mass flow rate fluctuation in the channel. The effects of the thermo-physical properties and the thickness of the PCMs on the performance of the system (air change per hour) are also investigated. The results obtained show that increasing the thermal conductivity and heat of fusion of PCMs for a particular input heat flux up to a specified limit causes a better performance of the system, after which time, increasing these parameters will have no influence on the performance of the system.