Evaluation Of A Solar Heat Gain With Phase Change Material For A House

Abstract

In the study, actual solar radiation measurements were used to determine the solar heat gains that affect the daily heating and cooling requirements. The study investigated the advantages of the PureTerm 23 PCM in indoor temperature control using data from the 2021-2022 solar radiation records. The results show that the PCM is inefficient in meeting the heating demands in January and February. In March, it was found that the PCM can save energy by meeting 16% of the daily heating demand. In April, a 57% reduction in heating demand is achieved with PCM and in May it can provide full heating and cooling with solar gains. With the use of PCM, the cooling requirement can be reduced by 69%, 56% and 59% in June, July and August, respectively. In September, it is calculated that heating and cooling needs can be eliminated by storing solar energy gains. In October and November, the heating demand can be reduced by 49% and 3% respectively, while in December there is not enough solar gain for PCM storage. PureTerm 23 PCM shows significant potential for seasonal energy storage supporting sustainable energy management for indoor temperature control.

Keywords

• solar gains
• heating-cooling demand
• energy efficiency
• Phase change materials

Bir Ev İçin Faz Değişim Malzemesi ile Güneş Isısı Kazancının Değerlendirilmesi

Abstract

Bu çalışmada, sürdürülebilir yerleşim alanları için PureTerm 23 parafin faz değişim malzemesi (PCM) ile güneş enerjisi kazançlarının depolanması ve sabit iç ortam sıcaklıklarını korumak için kullanılmasının ısıtma-soğutma ihtiyaçları üzerine etkisi incelenmiştir. PCM'nin kullanılması, güneş ısısını verimli bir şekilde depolayarak ısıtma ve soğutma ihtiyaçlarının bir kısmını karşıladığı ve enerji kullanımını önemli ölçüde azalttığı ortaya koyulmuştur. Çalışmada, gerçek güneş radyasyonu ölçümleri, günlük ısıtma ve soğutma gereksinimlerini etkileyen güneş ısısı kazançlarını belirlemek için kullanılmıştır. Çalışmada, 2021-2022 güneş radyasyonu kayıtlarından elde edilen verileri kullanarak PureTerm 23 PCM'nin iç mekan sıcaklık kontrolündeki avantajlarını araştırılmıştır. Sonuçlar, PCM'nin Ocak ve Şubat aylarındaki ısıtma taleplerini karşılamada verimsiz olduğunu göstermektedir. Mart ayında PCM günlük ısıtma talebinin %16'sını karşılayarak enerji tasarrufu sağlanabileceği tespit edilmiştir. Nisan ayında PCM sayesinde ısıtma ihtiyacında %57'lik bir azalma olduğu ve Mayıs ayında güneş enerjisi kazançlarıyla tam ısıtma ve soğutma sağlayabileceği ortaya koyulmuştur. PCM kullanımı ile soğutma ihtiyacının Haziran, Temmuz ve Ağustos aylarında sırasıyla %69, %56 ve %59 oranında azaltılabilir olduğu belirlenmiştir. Eylül ayında güneş enerjisi kazançları depolanarak ısıtma ve soğutma ihtiyaçları ortadan kaldırılabileceği hesaplanmıştır. Ekim ve Kasım aylarında ısıtma ihtiyacında sırasıyla %49 ve %3 azalma olabileceği görülürken, Aralık ayında PCM depolaması için yeterli güneş kazancı bulunmadığı ortaya koyulmuştur. PureTerm 23 PCM, iç mekan sıcaklık kontrolü için sürdürülebilir enerji yönetimini destekleyen mevsimsel enerji depolama için önemli bir potansiyel göstermektedir.

Keywords

• Faz değiştiren maddeler
• güneş kazançları
• ısıtma-soğutma ihtiyacı
• enerji verimliliği

References

1. Akeiber, H., Nejat, P., Majid, M. Z. A., Wahid, M. A., Jomehzadeh, F., Famileh, I. Z., & Zaki, S. A. (2016). A review on phase change material (PCM) for sustainable passive cooling in building envelopes. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 60, 1470-1497.
2. Al-Absi, Z. A. A. S., Isa, M. H. M., & Ismail, M. (2019). Application of phase change materials (PCMs) in building walls: a review. The Advances in Civil Engineering Materials: Selected Papers of the ICACE 2018 held in Batu Ferringhi, Penang Malaysia on 9th-10th May 2018 2, 73-82.
3. Al-Yasiri, Q. M., & Szabó, M. (2021). Performance assessment of phase change materials integrated with building envelope for heating application in cold locations. European Journal of Energy Research, 1(1), 7-14.
4. Bakırhan, E. K. (2023). Faz Değiştiren Malzemelerin Bina Yaşam Döngüsü Evrelerindeki Mevcut Potansiyelleri ve Gelişmeye Açık Yönleri. Mekansal Araştırmalar Dergisi, 1(1), 109-126.
5. Chandel, S. S., & Agarwal, T. (2017). Review of current state of research on energy storage, toxicity, health hazards and commercialization of phase changing materials. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 67, 581-596.
6. De Gracia, A. (2019). Dynamic building envelope with PCM for cooling purposes–Proof of concept. Applied energy, 235, 1245-1253.
7. Faraj, K., Khaled, M., Faraj, J., Hachem, F., & Castelain, C. (2020). Phase change material thermal energy storage systems for cooling applications in buildings: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 119, 109579.
8. Gassar, A. A. A., & Yun, G. Y. (2017). Energy saving potential of PCMs in buildings under future climate conditions. Applied Sciences, 7(12), 1219.

9. Han, H., Zhou, H., Dong, O., & Ma, J. (2022). Experimental Study on Phase Change Material with Solar Heater System for Building Heating. Coatings, 12(10), 1476.
10. Ismail, K. A., Lino, F. A., Teggar, M., Arıcı, M., Machado, P. L., Alves, T. A., & Benhorma, A. (2022). A Comprehensive Review on Phase Change Materials and Applications in Buildings and Components. ASME Open Journal of Engineering, 1.
11. Juarez, D., Balart, R., Ferrandiz, S., & Peydro, M. A. (2013, June). Classification of phase change materials and his behaviour in SEBS/PCM blends. In Manufaturing Engineering Society International Conference.
12. Khudhair, A. M., & Farid, M. (2021). A review on energy conservation in building applications with thermal storage by latent heat using phase change materials. Thermal Energy Storage with Phase Change Materials, 162-175.
13. Kutlu, R. (2019). BİR Tasarim Öğesi Olarak Günişiği. Turkish Online Journal of Design Art and Communication, 9(2), 226-233.
14. Madad, A., Mouhib, T., & Mouhsen, A. (2018). Phase change materials for building applications: a thorough review and new perspectives. Buildings, 8(5), 63.
15. Rashid, F. L., Al-Obaidi, M. A., Dulaimi, A., Mahmood, D. M., & Sopian, K. (2023). A review of recent improvements, developments, and effects of using phase-change materials in buildings to store thermal energy. Designs, 7(4), 90.
16. Subbiah, M. (2017). Analysis of solar heat gains and environmental impact of the phase change material (PCM) wall. Innovative Energy & Research, 6, 1-6.
17. Vanaga, R., Narbuts, J., Freimanis, R., Zundāns, Z., & Blumberga, A. (2023). Performance Assessment of Two Different Phase Change Materials for Thermal Energy Storage in Building Envelopes. Energies, 16(13), 5236.
18. 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, performance and application. Energy and Buildings, 260, 111923.
19. Wazeer, A., Das, A., & Vidya, S. (2023). Phase Change Materials for Solar Energy Applications. Transactions of the Indian Institute of Metals, 76(5), 1155-1163.
20. Zeinelabdein, R., Omer, S., & Gan, G. (2018). Critical review of latent heat storage systems for free cooling in buildings. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 82, 2843-2868.