کاربرد مواد تغییر فازدهنده در بهینه‌سازی مصرف انرژی ساختمان

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما، سهیلا عبدی‌زاده از گروه معماری دانشگاه هنر اسلامی تبریز به همراه یکی از همکاران دانشگاهی خود، در پژوهشی تازه نشان داده‌اند که مواد دارای قابلیت تغییر فاز می‌توانند با ذخیره‌سازی انرژی، به مدیریت بهتر مصرف انرژی در ساختمان‌ها کمک کنند.

این تیم تحقیقاتی به بررسی تأثیر به‌کارگیری مواد تغییر فازدهنده با دما‌های مختلف در پوسته یک ساختمان مسکونی واقع در اقلیم سرد پرداخته است. هدف آنها این بوده که مشخص کنند استفاده از این مواد در چه ماه‌هایی از سال مفید است، کدام دمای ذوب بهترین عملکرد را دارد و کدام جهت دیوار ساختمان بیشترین صرفه‌جویی انرژی را ممکن می‌کند.

روش انجام این پژوهش به صورت کمّی و با رویکرد مبتنی بر تحلیل داده بوده است. برای این مطالعه، یک ساختمان پنج‌طبقه در شهر تبریز انتخاب شد. سپس با استفاده از نرم‌افزار‌های مربوط به شبیه‌سازی، عملکرد حرارتی ساختمان در شرایط مختلف مورد بررسی قرار گرفت.

پژوهشگران سه نوع ماده تغییر فازدهنده با دمای ذوب ۱۸، ۲۴ و ۲۸ درجه سانتی‌گراد را در مدل‌های مختلف اعمال کردند تا ببینند هر یک از آنها در ماه‌های سرد و گرم سال چه تأثیری بر میزان مصرف انرژی دارد.

نتایج این پژوهش که در نشریه «فرهنگ معماری و شهرسازی اسلامی» وابسته به دانشگاه هنر اسلامی تبریز منتشر شده‌اند، نشان دادند که مواد با دمای ذوب پایین‌تر، مانند ۱۸ درجه، اگرچه در ماه‌های گرم توانستند مصرف انرژی را تا حدود ۱۶ درصد کاهش دهند، اما در ماه‌های سرد باعث افزایش مصرف انرژی شدند. این موضوع نشان می‌دهد که انتخاب دمای ذوب مناسب تا چه حد اهمیت دارد و یک ماده تغییر فاز دهنده یا PCM ممکن است تنها در بخشی از سال مفید باشد. در مقابل، مواد با دمای ذوب ۲۴ و ۲۸ درجه هم در ماه‌های گرم و هم در ماه‌های سرد تأثیر مثبتی داشتند و توانستند مصرف انرژی را کاهش دهند. در میان این دو، دمای ۲۴ درجه عملکرد چشمگیرتری نشان داد و بیشترین میزان صرفه‌جویی را ثبت کرد.

همچنین، تحلیل‌ها نشان دادند که جهت قرارگیری دیوار‌ها نقش مهمی در عملکرد این مواد دارد. دیوار‌های جنوبی، به دلیل دریافت نور بیشتر، طبیعی است که بیشترین ظرفیت برای ذخیره و آزادسازی گرما را داشته باشند. نتایج هم این موضوع را تأیید کرد و نشان داد بهترین عملکرد مواد تغییر فازدهنده در جبهه جنوبی ساختمان بوده است.

بر اساس بررسی تکمیلی عملکرد این مواد، انتخاب دما‌های ذوب بالاتر مانند ۲۴ یا ۲۸ درجه معمولاً عملکرد بهتری در مناطق سردسیر دارد. زیرا این دما‌ها به شرایط آسایش حرارتی نزدیک‌تر هستند و بهتر می‌توانند گرما را در طول روز ذخیره و شب هنگام آزاد کنند. از سوی دیگر، دما‌های پایین‌تر ممکن است باعث سرد شدن بیش از حد فضا در شب شوند و در زمستان اثری معکوس بر مصرف انرژی داشته باشند.

در مجموع، پژوهش ارزشمند فوق با بررسی سالانه عملکرد این مواد، تصویر جامع‌تری از کارایی آنها ارائه کرده و نشان داده که دمای ۲۴ درجه برای اقلیم سرد تبریز مناسب‌ترین گزینه است.