logo
calendar22 Avgust 2025
view41
Основной язык:Английский

КРАТКИЙ ОБЗОР МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ИНТЕГРАЦИИ ФАЗОПЕРЕХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ

Область науки:
pdf

68a818cd955b4.pdf

PDF

АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Опубликовать статьюsee more

АННОТАЦИЯ СТАТЬИ

quote
Аннотация: В данном обзоре рассматриваются математические модели интеграции материалов с фазовым переходом (МФП) в ограждающие конструкции зданий с целью повышения энергоэффективности и теплового комфорта за период с 2013 по 2020 годы. Оценены различные стратегии моделирования, методы оптимизации и экспериментальные подходы валидации, выделены ключевые параметры: толщина слоя МФП, размещение и температура плавления. Исследование выявило значительные достижения, включая параметрические анализы, методы метамоделирования, многоцелевые рамки оптимизации и инновационные показатели производительности. Результаты показывают, что интеграция МФП существенно снижает тепловые нагрузки на отопление и охлаждение, стабилизирует температуру внутри помещений и улучшает общую энергетическую эффективность зданий. Полученные данные подчеркивают потенциал и сложности применения МФП, отмечая необходимость дальнейших экономических исследований и усовершенствования вычислительных моделей. Методы и материалы: В исследовании были проанализированы 29 научных статей, опубликованных в период с 2013 по 2020 годы, отобранных по их релевантности к интеграции МФП в ограждающие конструкции зданий. Методологии включали детальный анализ параметрических исследований, оптимизацию на основе симуляций (например, EnergyPlus, GenOpt, алгоритмы NSGA-II), методы метамоделирования и экспериментальные проверки. Основными переменными были термофизические свойства МФП, толщина и расположение слоя МФП, а также климатические условия. Результаты: Проанализированные исследования последовательно демонстрировали эффективность МФП в стабилизации внутренних температур, снижении энергопотребления и улучшении теплового комфорта. Конкретные результаты показали значительное снижение энергозатрат на отопление (до 23%) при использовании оптимизированных стеновых панелей с МФП, заметное уменьшение нагрузки на охлаждение в тропическом климате и улучшение круглогодичных тепловых характеристик. Инновационные показатели производительности, такие как относительная глубина активации (RDA) и скорость активации (TRA), дали новые представления о степени использования МФП. Вместе с тем результаты также выявили сложности в точном моделировании поведения МФП и подчеркнули важность индивидуального подбора и стратегий интеграции МФП для различных климатических условий.

АВТОРЫ

D.Jalilov

O‘zbekiston Respublikasi Fanlar akademiyasi Fizika-texnika instituti

T.Jurayev

O‘zbekiston Respublikasi Fanlar akademiyasi Fizika-texnika instituti

A.Halimov

O‘zbekiston Respublikasi Fanlar akademiyasi Fizika-texnika instituti

A.Shukurov

O‘zbekiston Respublikasi Fanlar akademiyasi Fizika-texnika instituti

I.Ismoilov

Qayta tiklanuvchi energiya manbalari milliy ilmiy-tadqiqot instituti

J.Axatov

O‘zbekiston Respublikasi Fanlar akademiyasi Fizika-texnika instituti

Теги

# mathematical modeling# оптимизация# математическое моделирование# optimization# matematik modellashtirish# энергоэффективность# energy efficiency# optimallashtirish# тепловой комфорт# thermal comfort# energiya samaradorligi# issiqlik qulayligi# Phase Change Materials# Building envelopes# материалы с фазовым переходом# ограждающие конструкции зданий# Faza o‘zgarish materiallari# bino tashqi devorlari

ДРУГИЕ СТАТЬИ ЭТОГО ЖУРНАЛА

Оценить статью

0
оценок: 0
5
4
3
2
1

Идентификаторы статьи

ROI:

https://eroi.uz/11.0032/A0825-0032

DOI:

Недоступно

Список литературы

[1] Halimov, A., Lauster, M., & Müller, D. (2019, September). Development and Validation of PCM Models Integrated Into the High Order Building Model of Modelica Library–Aixlib. In Building Simulation 2019 (Vol. 16, pp. 4698-4705). IBPSA.

[2] Halimov, A., Lauster, M., & Müller, D. (2019). Validation and integration of a latent heat storage model into building envelopes of a high-order building model for Modelica library AixLib. Energy and Buildings, 202, 109336.

[3] Alshuraiaan, B. (2022). Efficient utilization of PCM in building envelope in a hot environment condition. International Journal of Thermofluids, 16, 100205.

[4] Lakhdari, Y. A., Chikh, S., & Campo, A. (2020). Analysis of the thermal response of a dual phase change material embedded in a multi-layered building envelope. Applied Thermal Engineering, 179, 115502.

[5] Hagenau, M., & Jradi, M. (2021, September). PCM-enhanced building envelope for improved thermal comfort and energy efficiency in danish buildings. In Building Simulation 2021 (Vol. 17, pp. 102-109). IBPSA.

[6] Sasic Kalagasidis, A. (2014). A multi-level modelling and evaluation of thermal performance of phase-change materials in buildings. Journal of Building Performance Simulation, 7(4), 289-308.

[7] Castell, A., Medrano Martorell, M., & Goia, F. (2018). Modelling envelope components integrating Phase Change Materials (PCMs) with whole-building energy simulation tools: a state of the art.

[8] Dardouri, S., Mankai, S., Almoneef, M. M., Mbarek, M., & Sghaier, J. (2023). Energy performance based optimization of building envelope containing PCM combined with insulation considering various configurations. Energy Reports, 10, 895-909.

[9] Mechouet, A., Mouhib, T., & Oualim, E. M. (2021, November). Numerical study of thermal and energetic contribution of phase change materials integrated into external building walls. In AIP Conference Proceedings (Vol. 2441, No. 1). AIP Publishing.

[10] Abdellatef, Y., Kavgic, M., Ormiston, S., & Evola, G. (2024). Hysteresis model predictions of thermal performance of hempcrete-based walls with phase change materials. Journal of Building Engineering, 84, 108362.

[11] Zhang, Y., Jiang, W., Song, J., Xu, L., Li, S., & Hu, L. (2023). A parametric model on thermal evaluation of building envelopes containing phase change material. Applied Energy, 331, 120471.

[12] Fiorito, F. (2014). Phase-change materials for indoor comfort improvement in lightweight buildings. A parametric analysis for Australian climates. Energy Procedia, 57.

[13] Huang, Y., Niu, J. L., & Chung, T. M. (2014). Comprehensive analysis on thermal and daylighting performance of glazing and shading designs on office building envelope in cooling-dominant climates. Applied energy, 134, 215-228.

[14] Ascione, F., Bianco, N., De Masi, R. F., de’Rossi, F., & Vanoli, G. P. (2014). Energy refurbishment of existing buildings through the use of phase change materials: Energy savings and indoor comfort in the cooling season. Applied Energy, 113, 990-1007.

[15] Zhou, D., Shire, G. S. F., & Tian, Y. (2014). Parametric analysis of influencing factors in Phase Change Material Wallboard (PCMW). Applied energy, 119, 33-42.

[16] Kuznik, F., David, D., Johannes, K., & Roux, J. J. (2011). A review on phase change materials integrated in building walls. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(1), 379-391.

[17] Zahraee, S. M., Chegeni, A., & Rohani, J. M. (2015). Characterization of manufacturing system computer simulation using taguchi method. Jurnal Teknologi (Sciences & Engineering), 72(4).

[18] Bastani, A., & Haghighat, F. (2015). Expanding Heisler chart to characterize heat transfer phenomena in a building envelope integrated with phase change materials. Energy and Buildings, 106, 164-174.

[19] Kuznik, F., Lopez, J. P. A., Baillis, D., & Johannes, K. (2015). Phase change material wall optimization for heating using metamodeling. Energy and Buildings, 106, 216-224.

[20] Navarro, L., de Gracia, A., Castell, A., & Cabeza, L. F. (2015). Thermal behaviour of insulation and phase change materials in buildings with internal heat loads: experimental study. Energy efficiency, 8, 895-904.

[21] Lei, J., Yang, J., & Yang, E. H. (2016). Energy performance of building envelopes integrated with phase change materials for cooling load reduction in tropical Singapore. Applied energy, 162, 207-217.

[22] Ramakrishnan, S., Wang, X., Alam, M., Sanjayan, J., & Wilson, J. (2016). Parametric analysis for performance enhancement of phase change materials in naturally ventilated buildings. Energy and buildings, 124, 35-45.

[23] Souayfane, F., Fardoun, F., & Biwole, P. H. (2016). Phase change materials (PCM) for cooling applications in buildings: A review. Energy and buildings, 129, 396-431.

[24] Karaoulis, A. (2017). Investigation of energy performance in conventional and lightweight building components with the use of phase change materials (PCMs): energy savings in summer season. Procedia Environmental Sciences, 38, 796-803.

[25] Saffari, M., De Gracia, A., Fernández, C., & Cabeza, L. F. (2017). Simulation-based optimization of PCM melting temperature to improve the energy performance in buildings. Applied Energy, 202, 420-434.

[26] Zhu, L., Yang, Y., Chen, S., & Sun, Y. (2018). Numerical study on the thermal performance of lightweight temporary building integrated with phase change materials. Applied Thermal Engineering, 138, 35-47.

[27] Solgi, E., Hamedani, Z., Fernando, R., Skates, H., & Orji, N. E. (2018). A literature review of night ventilation strategies in buildings. Energy and buildings, 173, 337-352.

[28] Li, Z. X., Al-Rashed, A. A., Rostamzadeh, M., Kalbasi, R., Shahsavar, A., & Afrand, M. (2019). Heat transfer reduction in buildings by embedding phase change material in multi-layer walls: Effects of repositioning, thermophysical properties and thickness of PCM. Energy Conversion and Management, 195, 43-56.

[29] Plytaria, M. T., Tzivanidis, C., Bellos, E., & Antonopoulos, K. A. (2019). Parametric analysis and optimization of an underfloor solar assisted heating system with phase change materials. Thermal Science and Engineering Progress, 10, 59-72.

[30] Yang, L., Liu, Y., Qiao, Y., Liu, J., & Wang, M. (2019). Building envelope with phase change materials. In Zero and Net Zero Energy (pp. 1-24). Rijeka, Croatia: IntechOpen.

[31] Bai, L., Xie, J., Farid, M. M., Wang, W., & Liu, J. (2020). Analytical model to study the heat storage of phase change material envelopes in lightweight passive buildings. Building and Environment, 169, 106531.

[32] Beemkumar, N., Yuvarajan, D., Arulprakasajothi, M., Elangovan, K., & Arunkumar, T. (2021). Control of room temperature fluctuations in the building by incorporating PCM in the roof. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 143, 3039-3046.

[33] Xu, B., Xie, X., Pei, G., & Chen, X. N. (2020). New view point on the effect of thermal conductivity on phase change materials based on novel concepts of relative depth of activation and time rate of activation: The case study on a top floor room. Applied Energy, 266, 114886.

[34] Taylor, R. A., Shoraka, Y., Tehrani, S. S. M., & Nashed, A. (2018). Thermal energy storage for buildings: a merit order review. Annual Review of Heat Transfer, 21.

[35] Souayfane, F., Fardoun, F., & Biwole, P. H. (2016). Phase change materials (PCM) for cooling applications in buildings: A review. Energy and buildings, 129, 396-431.

[36] Karaoulis, A. (2017). Investigation of energy performance in conventional and lightweight building components with the use of phase change materials (PCMs): energy savings in summer season. Procedia Environmental Sciences, 38, 796-803.

[37] Saffari, M., de Gracia, A., Ushak, S., & Cabeza, L. F. (2017). Simulation-based optimization of PCM melting temperature to improve the energy performance in buildings. Applied Energy, 206, 1424–1435.

[38] Zhu, L., Yang, Y., Chen, S., & Sun, Y. (2018). Numerical study on the thermal performance of lightweight temporary building integrated with phase change materials. Applied Thermal Engineering, 138, 35-47.

[39] Solgi, E., Hamedani, Z., Fernando, R., Mohammad Kari, B., & Skates, H. (2019). Thermal performance of phase change material-enhanced building envelopes: A review. Building and Environment, 147, 360–372.

[40] Li, Z. X., Al-Rashed, A. A., Rostamzadeh, M., Kalbasi, R., Shahsavar, A., & Afrand, M. (2019). Heat transfer reduction in buildings by embedding phase change material in multi-layer walls: Effects of repositioning, thermophysical properties and thickness of PCM. Energy Conversion and Management, 195, 43-56.