EXPERIMENTAL EVALUATION AND CFD STUDY OF THERMAL COMFORT, IAQ INDICES, AND THERMAL ENERGY STORAGE FOR THE IMPROVEMENT OF THE ENERGY PERFORMANCE OF OVERCROWDED AREA

thumbnail.default.placeholder
Date
2022-12-11
Authors
AL-MALAKI, Fadhil Asaad Mohammed Kadhim
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
In recent years, buildings, including prison halls, have contributed significantly to the world's rising energy use, with 34 % of the energy used by these buildings being attributed to cooling and heating. This study examines the use new combination of phase change materials (PCMs) for energy conservation in buildings through thermal storage, including the use of double layers of PCMs paraffin waxes with different properties. The study evaluates the indoor air quality characteristics of two protocols for cooling and heating in four different scenarios that are classified according to the seasons in a location, with a high daily temperature range, similar to that of Iraq. An experimental facility for the study was designed, constructed, and tested at Technology University in Baghdad. The experimental measurements were taken in a small-scale model 1:4 of a prison quarry, with dimensions of 1.2 by 0.6 by 0.8 meters and a side inlet grill. This prototype model was used to investigate the impact of integrating double layers of panels on the roof of the space and their ability to minimize fluctuations, energy usage, and shift peak load. The computational work involved solving the partial differential equation for the conservation of mass, momentum, and energy and its rate of dissipation using the finite volume technique. Modifications to the algorithm were made to simulate the space with and without PCMs in the roof for all scenarios. The majority of the computed data were presented as temperature contours and other thermal contours, and when compared to the experimental results, a reasonable level of agreement was observed. The use of PCMs as latent heat thermal energy storage (LHTES) in the room envelope for passive cooling has gained significant attention due to their ability to store large amounts of energy. The results of this study show that the use of TES can reduce the energy required for the space by 47.2 % in the summer and in varying proportions during other seasons, also when PCMs are used in hot weather, in door temperature drops by 7 °C at average, compared to when they are not used.
Description
AŞIRI KALABALIK ALANLARIN ENERJİ PERFORMANSININ İYİLEŞTİRİLMESİ İÇİN TERMAL KONFOR, IAQ ENDEKSLERİ VE TERMAL ENERJİ DEPOLAMASININ DENEYSEL DEĞERLENDİRMESİ VE ÇALIŞMASI
ÖZ: Son yıllarda, cezaevi binaları da dahil olmak üzere tüm binalar, dünyanın artan enerji kullanımına önemli ölçüde katkıda bulunmuştur ve bu binalar tarafından kullanılan enerjinin %34'ü soğutma ve ısıtmaya atfedilmektedir. Bu çalışma, çift katmanlı PCM kullanımı ve farklı özellikler de dahil olmak üzere, termal depolama yoluyla binalarda enerji tasarrufu için faz değişim malzemelerinin (PCM'ler) kullanımını incelemektedir. Çalışma, Irak'a benzer şekilde yüksek günlük sıcaklık aralığına sahip bir yerde mevsimlere göre sınıflandırılmış dört farklı senaryoda soğutma ve ısıtma için iki protokol kullanarak iç hava kalitesinin özelliklerini değerlendirmektedir. Çalışma için Bağdat Teknoloji Üniversitesi'nde bir deneysel tesis tasarlanmış, inşa edilmiş ve test edilmiştir. Deneysel ölçümler, 1.2 x 0.6 x 0.8 metre boyutlarında ve bir yan giriş ızgarasına sahip küçük ölçekli bir taş ocağı modelinde 1:4 alınmıştır. Bu prototip model, alanın çatısına çift katmanlı panellerin entegre edilmesinin etkisini ve bunların dalgalanmaları, enerji kullanımını en aza indirme ve pik yükü kaydırma yeteneklerini araştırmak için kullanılmıştır. Hesaplamalı çalışmalar, kütle, momentum, enerjinin korunumu ve enerji dağılım hızlarını bulmak için kısmi diferansiyel denklemlerinin sonlu hacim tekniği kullanılarak çözülmesini içeriyordur. Tüm senaryolar için çatıda PCM'li ve PCM'siz alan simülasyonu yapmak üzere algoritmada değişiklikler yapılmıştır. Hesaplanan verilerin çoğu sıcaklık konturları ve diğer termal konturlar olarak sunulmuş ve deneysel sonuçlarla karşılaştırıldığında makul düzeyde bir uyum gözlemlenmiştir. Pasif soğutma için oda zarfında gizli ısı termal enerji deposu (LHTES) olarak PCM'lerin kullanımı, büyük miktarlarda enerji depolama yetenekleri nedeniyle önemli ölçüde dikkat çekmiştir. Bu çalışmanın sonuçları, TES kullanımının mekan için gereken enerjiyi yaz aylarında %47.2 oranında ve diğer mevsimlerde değişen oranlarda azaltabileceğini göstermektedir. PCM'ler sıcak havalarda kullanıldığında, kapı sıcaklığı kullanılmadıkları zamana kıyasla 7 °C düşmektedir.
Keywords
engineering systems
Citation