Προσομοίωση φορτίων κλιματισμού σε κτήρια με υλικά αλλαγής φάσης στα δομικά στοιχεία
Authors: Σταματιάδου Μαριάννα 
Published: September 2021

Η δημιουργία εξειδικευμένων υπολογιστικών εργαλείων για τον ακριβή υπολογισμό της μεταφοράς θερμότητας και τα φαινόμενα αποθήκευσης ενέργειας σε κτήρια και δομικά στοιχεία που περιέχουν ΥΑΦ, είναι απαραίτητη, καθώς όλο και περισσότερες εφαρμογές με ΥΑΦ σε κτήρια εμφανίζονται. Κύριος στόχος παραμένει η αξιολόγηση της ενεργειακής απόδοσης των ΥΑΦ. Πειραματικές μελέτες δείχνουν μείωση της κατανάλωσης ενέργειας, όταν εγκαθίστανται γυψοσανίδες με ΥΑΦ σε δοκιμαστικούς χώρους, φθάνοντας περίπου το 15%, όσον αφορά τα συνολικά φορτία θέρμανσης/ψύξης. Ειδικά για την περίπτωση των κτηρίων ελαφριάς κατασκευής, τα πειραματικά δεδομένα δείχνουν ότι οι γυψοσανίδες με ΥΑΦ συμβάλλουν θετικά στη θερμική άνεση των ενοίκων.Ο σκοπός της παρούσας διατριβής είναι να προσφέρει μια ολιστική προσέγγιση για την μοντελοποίηση της μη γραμμικής μεταβολής της ειδικής θερμοχωρητικότητας των ΥΑΦ κατά την αλλαγή φάσης, και να αξιολογήσει τη θερμική συμπεριφορά ενός κτηρίου ελαφριάς κατασκευής (πλήρους κλίμακας), του οποίου οι εσωτερικοί τοίχοι και τα χωρίσματα είναι γυψοσανίδες οι οποίες εμπεριέχουν ΥΑΦ. Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση ενός εξειδικευμένου εργαλείου προσομοίωσης, το οποίο αναπτύχθηκε στα πλαίσια της διατριβής, και πρόκειται για ένα συνδυασμό του εμπορικού υπολογιστικού πακέτου ενεργειακής προσομοίωσης TRNSYS και της γλώσσας προγραμματισμού MATLAB. Η μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε για την εισαγωγή υπολογισμού της αλλαγής φάσης σε ένα υπάρχον υπολογιστικό εργαλείο παρουσιάζεται ενδελεχώς στα κεφάλαια που ακολουθούν και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εισαγωγή οποιασδήποτε καινοτόμου τεχνολογίας σε υπάρχον μοντέλο. Ο στόχος της διατριβής είναι να δημιουργηθεί ένα εργαλείο που επιτρέπει την αξιολόγηση της συμπεριφοράς των ΥΑΦ μαζί με την ανάλυση της θερμικής συμπεριφοράς του κτηρίου, λαμβάνοντας υπόψη όλα τα χαρακτηριστικά του( π.χ. χρήση και λειτουργία, τοποθεσία, συστήματα κλιματισμού κλπ ).Το εργαλείο προσομοίωσης που αναπτύχθηκε, πρώτα επικυρώνεται και επαληθεύεται σε σχέση με πειραματικά δεδομένα, τα οποία προέκυψαν από την παρακολούθηση των κλιματικών συνθηκών, καθώς και της εσωτερικής θερμοκρασίας του αέρα και τη ροή θερμότητας μέσω της τοιχοποιίας του κτηρίου. Το υπό εξέταση κτήριο είναι υπαρκτό και κατασκευασμένο στην περιοχή της Αμφιλοχίας. Στην συνέχεια χρησιμοποιείται για την εξαγωγή συμπερασμάτων, όσον αφορά την μείωση των ετήσιων ψυκτικών φορτίων της συγκεκριμένης κατοικίας λόγω των γυψοσανίδων με ΥΑΦ, καθώς και την επίδραση των χαρακτηριστικών του κελύφους, του ΥΑΦ και του τοπικού κλίματος σε αυτήν.Στην παραμετρική ανάλυση που πραγματοποιήθηκε στην παρούσα διατριβή, οι γυψοσανίδες με ΥΑΦ αντικαθίστανται από απλές γυψοσανίδες, προκειμένου να αξιολογηθεί η συμβολή του ΥΑΦ στην μείωση των απαιτούμενων φορτίων του κτηρίου για την περίοδο ενός χρόνου. Επίσης, μελετάται η συμβολή των ΥΑΦ στην μείωση της ψυκτικής περιόδου, σε επίπεδο ημερών. Πιο συγκεκριμένα, οι παράμετροι που εξετάζονται είναι: i) το εύρος της θερμοκρασίας αλλαγής φάσης των ΥΑΦ, το οποίο εμπεριέχει η γυψοσανίδα , ii) διάφορες παράμετροι του κτηρίου, όπως αεροστεγανότητα και υγρασία, iii) συνθήκες λειτουργίας και χρήση του κτηρίου και iv) διαφορετικές κλιματικές συνθήκες. Τέλος, τα βέλτιστα σενάρια για διάφορους συνδυασμούς των παραπάνω παραμέτρων παρουσιάζουν την ιδανική περίπτωση εξοικονόμησης ενέργειας για την παρούσα κατοικία.