مطالعه عددی انتقال حرارت و ذخیره انرژی در دیواره حاوی ماده تغییرفازدهنده

در این مطالعه عملکرد گرمایی دیواره یک ساختمان متشکل از مواد تغییرفازدهنده به صورت عددی مطالعه شده است. دیواره از سه لایه شامل لایه های بیرونی و داخلی از جنس فایبرگلاس و لایه میانی از جنس ماده تغییرفازدهنده تشکیل شده است. ضخامت مجموع لایه های بیرونی و داخلی و ضخامت لایه میانی ثابت فرض شده است و لذا عملکرد دیواره ترکیبی با توجه به موقعیت لایه میانی قابل بررسی است. دما در سمت داخلی دیواره ثابت و برای آن در سمت خارجی جداره، دو شرط مرزی مختلف درنظر گرفته شده است. در یک شرط مرزی دما در مرز بیرونی بر اساس تغییرات دمای محیط اطراف و به شکل یک تابع سینوسی است و در شرط مرزی دوم، اثر تابش خورشیدی نیز اضافه شده است. معادله بقای انرژی تحت شرایط حاکم با کمک روش تفاضل محدود به صورت صریح گسسته سازی و حل شده است. مدل سازی خواص ترموفیزیکی ماده تغییر فازدهنده در حین تغییر فاز نشان داده است که تغییرات ضریب هدایت حرارتی، بیشترین تاثیر را بر رفتار حرارتی دیواره دارد و تغییرات سایر خواص اثر چندانی بر انرژی خروجی از دیواره ندارند. برای بررسی عملکرد دیواره ترکیبی، تغییرات شار حرارتی خروجی از مرز داخلی دیواره و میزان ذوب شدگی ماده تغییرفازدهنده برای هر یک از شرایط مرزی رسم شده است. نتایج حاکی از آن است که عملکرد مناسب مواد تغییرفازدهنده در دیواره، وابسته به استفاده از ماده تغییرفازدهنده مناسب و موقعیت مکانی مناسب آن است. نتایج نشان داد که برای ایجاد شرایط بهینه، با کاهش دمای متوسط محیط، لایه میانی باید به سطح خارجی دیواره بیرونی نزدیک شود. همچنین مشخص شد که شار حرارتی خروجی از دیواره همزمان با آغاز فرآیند تغییر فاز در لایه میانی، مقدار ثابتی دارد. نتایج حل عددی نشان می دهد با توجه به موقعیت قرارگیری ماده تعییر فاز دهنده در دیواره، استفاده از این مواد موجب کاهش انرژی خروجی بین 11 تا 28% برای شرایط مرزی اول و 8 تا 25% برای شرایط مرزی دوم در ساعات اوج مصرف می شود. این یافته مشخص می کند که دیواره ترکیبی در ساعات اوج مصرف، از ورود انرژی حرارتی به داخل ساختمان جلوگیری می نماید. این امر نقش بسزایی در انتقال بار حرارتی در ساعات اوج مصرف به ساعات دیگر که از اهداف مدیریت انرژی در ساختمان ها است، دارد.