Journal of Energy Storage 27 (2020) 101083

مجله ذخیره انرژی، شماره 27 سال 2020

مواد تغییر فاز دهنده و بازده انرژی ساختمان ها: مروری بر دانش

Sandra Raquel Leite da Cunha, and José Luís Barroso de Aguiar (2020)

 مترجم: مهدی باقری و فرهاد نوری زاده

چکیده

امروزه ، بازده انرژی ساختمان ها بدلیل تأثیرات منفی زیادی که در محیط ، اقتصاد و جامعه، می گذارد، یکی از بزرگترین دغدغه ها و چالش های پیش روی محسوب می شود. استفاده از مواد تغییر فازدهنده(PCM )  در صنعت ساخت و ساز توسط چندین نویسنده در سراسر جهان توسعه یافته است. در این تحقیق ، رابطه بین مواد تغییر فازدهنده دهنده ، بازده انرژی و فقر انرژی مورد بررسی قرار گرفته است. ویژگی های اصلی مواد تغییر فازدهنده و شرح جامعی از کاربرد این مواد در ساختمان ها ، علی الخصوص  در دیوارها ، کف ها ، سقف ها و قسمت های مشبک ، نیز ارائه گردیده است.

کلید واژگان: مواد تغییر فازدهنده، بازده انرژی، فقر انرژی، مواد ساخت و ساز

1.مقدمه

رشد سریع اقتصادی جهان افزایش مصرف انرژی را در پی د اشته است.حدود 81% بازار انرژی دنیا را سوخت های فسیلی زیر سلطه گرفته است. اگر چه، منابع انرژی فسیلی در حال اتمام بوده و بهره برداری از آنها در بردارنده هزینه های زیست محیطی و اقتصادی بالایی است.  بهره برداری از این انرژی های فسیلی با انتشار گازهای مضر در محیط همراه است که منجر به افزایش دغدغه های زیست محیطی جامعه شده است (1).  بنابراین، استفاده بهینه از انرژی و امکان استفاده از انرژی های تجدید پذیر از اهمیت فزاینده ای برخوردارهستند.

در حال حاضر ، رشد فزاینده مناطق شهری و توسعه مولفه های رفاه موجب افزایش مصرف انرژی شده و این امر را به یکی از بزرگترین دغدغه های جوامع امروز تبدیل کرده است. این مشکل نشات گرفته از استفاده مفرط انرژی منابع تجدید ناپذیر است که تأثیرات زیست محیطی جدی به دنبال دارد.  سهم عمده ای از مصرف انرژی الکتریکی در بخش مسکونی به امر گرمایش و سرمایش اختصاص دارد. بنابراین، ارایه و پیاده سازی راه حل هایی برای افزایش بهره وری انرژی ساختمان ها امری ضروری و مبرم است.

هر ساله ، انرژی بالغ بر  10²⁴× 5 توسط خورشید ایجاد شده و به کل سطح زمین می رسد.  این مقدار انرژی حدود 10000 برابر بیشتر از مصرف واقعی انرژی سالانه سراسر جهان است.  بنابراین، نیاز به یافتن روش های بهره گیری از این منبع طبیعی و همچنین تقاضا برای بهبود کیفیت محیط های مسکونی بسیار زیاد است. به این ترتیب ، اکنون جامعه علمی در تلاش است تا با ادغام بهره گیری از انرژی خورشیدی و مصالح ساختمانی کاربردی مصرف انرژی را در ساختمان کاهش دهند (2). توانایی کاهش و جابجایی مجدد مصرف انرژی ، همراه با بهره گیری از مواد تغییر فاز (PCM) ، استفاده از آنها را در محصولات ساخت و ساز به عنوان راه حلی در بهبود بهره وری انرژی ساختمان ها گسترش می دهد. این امر تجلی روشنی از فواید اجتماعی ، اقتصادی و زیست محیطی بوده و کمک شایانی به ابعاد مختلف توسعه پایدار می نماید.

مساحت عظیم تحت پوشش مصالح ساختمانی به لطف پیشرفت های فناوری در زمینه انرژی و محیط زیست، اکنون راه حلی نوید بخش در اکتشاف انرژی خورشیدی است. از طرف دیگر ، ترکیب دو گزینه ضخامت کم (حاصل شده از کاربرد مواد تغییر فاز دهنده) و انعطاف پذیری سازه ها، امکان دستیابی به راه حل هایی را فراهم می کند که پتانسیل بالاتری در انطباق با ارزیابی چرخه حیات ساختمان ها داشته باشند، که در نهایت منجر به حرکت به سمت و سوی ایجاد سازه های پایدارتر می شود. بنابراین ، بایسته است که صنعت ساخت و ساز سنتی و محافظه کارانه متوقف شده و توجهات در این زمینه به ارایه راه حل های نوآورانه معطوف گردد که راه حل های چندین سال ارائه می دهد. ذخیره انرژی گرمایی و مواد تغییر فازدهنده یکی از موضوعات تحقیقاتی مرتبط در سالهای اخیر بوده است که به دلیل توانایی آن در کاهش نیاز به انرژی ، بر اساس انرژی خورشیدی ، مورد توجه محققان زیادی در سراسر جهان و در مناطق مختلف قرار گرفته است.

ادغام مواد تغییر فازدهنده در مصالح ساختمانی چاپ چندین مقاله مختلف  در این زمینه در سالهای گذشته را در پی داشته است. همانطور که در تصویر شماره 1 نشان داده شده، دغدغه محافل و جوامع علمی درباره ساخت و ساز پایدار، مصرف انرژی و بهینه سازی انرژی، افزایش چشمگیر تعداد مقالات چاپ شده درباره این مساله بعد از سال 2011 داشته است. رشد تعداد مقالات علمی در زمینه مواد تغییر فاز دهنده با اهداف افق سال 2020 و شعار سال 2030 مبنی بر توسعه پایدار نیز مرتبط است که متضمن دستیابی به انرژی مقرون به صرفه ، قابل اعتماد ، پایدار و مدرن برای همگان به عنوان اصلی ترین دغدغه مجامع علمی می باشد.

2. بازده انرژی

تقاضای فزاینده انرژی در سراسر جهان یکی از دلایل اصلی توسعه ناپایدار سیاره ما است (3). این افزایش مصرف انرژی با افزایش جمعیت جهان و همچنین دسترسی بیشتر مردم به برق توجیه می شود. مصرف بالای انرژی و انتشار گازهای گلخانه ای مشکلی جدی در بهره برداری و مصرف سوخت های فسیلی تجدید ناپذیر موثر بر محیط زیست است.  این امر اثبات شده است که تولید انرژی بزرگترین ساطع کننده گازهای گلخانه ای می باشد که تقریباً 2.75% را نشان می دهد (3)(4). در دهه های اخیر ، بحث ها و مذاکرات بین المللی در مورد کاهش تغییرات آب و هوا از طریق کاهش مصرف انرژی وجود داشته است. در سال 2012 ، اتحادیه اروپا کاهش بیست درصدی مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه ای را تا سال   2020 در مقایسه با مقادیر 1990  هدف خود قرار داد. با این حال ، اخیراً ، داده های سال  2017 نشان می دهد که این هدف محقق نخواهد شد، حتی اگر با کاهش حدود27درصدی مصرف انرژی و 40 درصدی انتشار گازهای گلخانه ای تا سال 2030 تمدید گردد. پرتغال هنوز کشوری وابسته به انرژی است زیرا بخش عمده ای از انرژی مصرفی  خود را وارد می کند. با این حال ، در سال های اخیر با کاهش واردات انرژی  و کاهش مصرف سوخت های فسیلی تلاش های شایانی برای مقابله با این مشکل صورت پذیرفته است. در حال حاضر ، در پرتغال ، حدود 42% مصرف برق و صادرات از تولید انرژی های تجدید پذیر در نیروگاه های برق آبی فتوولتائیک و کوچک تامین می شود.

ساختمانها با حدود 39.8% ، سهم زیادی از مصرف انرژی را در اتحادیه اروپا ، به خود اختصاص داده اند، که این میزان بالاتر از میزان مصرف حمل و نقل و صنعت می باشد ، که به ترتیب سهم آنها 33.1% و 23.3% است (4).  بنابراین ، به راحتی می توان فهمید که بخش ساختمان (ساخت و ساز) دارای پتانسیل بالایی در این زمینه بوده  و نیازمند توجه و رسیدگی فوری است. سازه های (بافت های)  موجود در کشور پرتغال در حال فرسودگی هستند  ، حدود 15% از ساختمانهای پرتغالی قبل از سال 1945 و تقریبا 70% از آنها قبل از 1990 بنا شده اند ، دوره زمانی که هیچ قانونی در مورد بازده (کارایی) حرارتی ساختمان وجود نداشته است (5).

یکی از تدابیر و اقدامات برای کاهش مصرف انرژی ، نوسازی ساختمان ها به منظور افزایش بازده انرژی آنها است. از طرف دیگر ، بازسازی انرژی ساختمان ها یکی از اقدامات و اهداف توسعه پایدار سازمان ملل تا سال 2030 است (4).

در سالهای اخیر اقداماتی جهت افزایش بازده انرژی ساختمان ها صورت پذیرفته است که مهمترین پیشرفت در این زمینه بخاطر اتخاذ قوانین سفت و سخت در بخش ساخت و ساز بعد از سال 1990بوده است. بنابراین ، مشخص شد که ساختمانهای مسکونی ساخته شده در سال 2002 حدود 24% کاهش در مصرف انرژی را نشان می دهد.  با این حال ، برآورد نرخ نوسازی سالانه ساختمان در اروپا در حال حاضر بین 0.5 تا 2.5 درصد از سهام املاک و مستغلات است (4). این تعداد کاملاً ناچیز است ، بنابراین کاربرد مصالح ساختمانی کاربردی جدید ، با ظرفیت تنظیم حرارت ، راهی اساسی برای حل این مشکل است.

3. فقر انرژی

مصرف انرژی در صنعت ساخت و ساز در تمام مراحل بنای ساختمان اعم از استخراج و تولید مواد اولیه ، ساخت ساختمان و هزینه های نگهداری ساختمان در طول عمر آنها. بنابراین ، مفهوم فقر انرژی از قبل وجود دارد که مربوط به این واقعیت است که خانواده ها شرایطی ندارند یا بیش از 10%  از بودجه ماهانه خود را برای اطمینان از رفاه و راحتی داخل ساختمان خود هزینه می کنند. علت اصلی فقر انرژی در پرتغال مربوط به کیفیت پایین ساختمان ها ، قیمت بالای انرژی و درآمد بسیار پایین خانوارها است (6).  همچنین اثبات گردیده است که در پرتغال حدود 29% از خانوارها در این وضعیت قرار دارند ، بنابراین اقدام مقتضی در این زمینه نیاز است (6-8). خانواده ها به سهولت از رفاه و راحتی خود در زمینه گرمای منزل بنفع   صرفه جویی در قبض انرژی و بودجه ماهانه دست می کشند. با فقر انرژی باید مقابله گردیده و عوامل پدید آورنده آن رفع شوند. از این نظر ، با توجه به عدم توانایی در تغییر قیمت سوخت های فسیلی یا درآمد پایین خانوارهای پرتغالی ، تمرکز عمدتاً بر بهبود شرایط حرارتی ساختمان ها است. این پیشرفت می تواند حاصل تدابیری باشد که ارتقای سطح بازده انرژی و استفاده از منابع انرژی ارزان تر و پایدارتر مانند بهره گیری از مواد کاربردی با ظرفیت ذخیره سازی حرارتی را در پی دارد.

4. مواد تغییر فازدهنده

4.1.  اصول عملیاتی

به طور کلی اثبات گردیده است که همه مواد در تعامل با محیط هستند.  با این حال ، بیشتر مواد قادر به تطبیق خصوصیات خود با شرایط محیطی که در آن بکار برده می شوند نیستند.

اصول عملکردی مواد تغییر فاز دهنده حاصل تغییر وضعیت آنها ، با توجه به دمای محیط است. با افزایش دما، مواد تغییر فازدهنده با تغییر حالت ار جامد به مایع،  انرژی را جذب و ذخیره می کنند. از طرف دیگر ، این مواد همچنین توانایی آزاد سازی انرژی ذخیره شده قبلی را هنگام کاهش دما دارد که در این حالت تغییر از حالت مایع به حالت جامد را تجربه می کند. انواع مختلفی از فرآیند های تغییر فاز وجود دارد. مواد تغییر فاز دهنده امکان دارد با فرآیند تیخیر از جامد به مایع، از جامد به جامد و از جامد به گاز تبدیل شوند (9).

تغییر فاز توسط تبخیر آنتالپی بالایی دارد. با این حال ، برخی از مشکلات کاربردی ، از جمله حجم زیاد و تغییر فشار در طول فرآیند تغییر فاز را نشان می دهد. انتقال از حالت جامد به مایع برای ذخیره انرژی گرمایی ترجیح داده می شود ، زیرا  در این انتقال فاز تغییر حجم آن چنانی و قابل توجهی وجود ندارد (9-11). در نهایت ، انتقال از حالت جامد به جامد دارای خصوصیاتی کاملاً مشابه انتقال جامد به مایع است، منتهی با ظرفیت ذخیره انرژی کمتر (11).

4.2. دسته بندی مواد تغییر فازدهنده

طیف گسترده ای از مواد تغییر فازدهنده ها با نقاط ذوب مختلف وجود دارد که به سه دسته تقسیم می شوند. اولین دسته بندی مواد ذخیره ساز گرما (دما) در سال 1983 ارایه گردید که مواد تغییر فاز دهنده را در سه گروه ترکیبات آلی، غیر آلی، و یوتکتیک دسته بندی گرد.

4.2.1 . مواد تغییر فازدهنده آلی

مواد تغییر فاز هنده آلی ممکن است پارافینیک یا غیرپارافینیک باشد. به طور معمول ، آنها در طول زمان یک ترکیب متقارن و بدون تنزل و تخریب دارند. این مواد متشکل از زنجیره ی اتم های کربن و هیدروژن هستند. به عنوان مثال پارفین های خالص ، به طور کلی شامل 14 الی 40 اتم کربن و موم های پارافینی مشتمل بر 8 الی 15 اتم کربن هستند. نقطه ذوب این نوع پارافین ها بیشتر است زیرا تعداد اتمهای کربن باعث ایجاد زنجیره می شود (13).

پارافین ها مواد ایمن ، قابل اعتماد ، قابل پیش بینی ، غیر خورنده ، کم هزینه ، از نظر شیمیایی بی اثر و پایدار در دمای زیر 500 درجه سانتیگراد هستند و تغییرات حجمی جزئی را نشان می دهند. روند ذوب متقارن و خواص هسته ای خوب یک بار دیگر به عنوان مزایای استفاده از آنها در نظر گرفته می شود. با این حال، آنها همچنین برخی از معایب از جمله هدایت حرارتی کم و اشتعال پذیری زیاد را دارند. (13-14).

مزایای اصلی این نوع مواد تغییر فازدهنده در دسترس بودن دامنه وسیعی از دما ، گرمای بالای نهان همجوشی ، قابلیت پایین خنک کننده گی فاز مایع ، تغییر فاز متقارن ، خواص هسته سازی خودکار ، تفکیک کم ، سرعت هسته زیاد ، پایداری و ثبات حرارتی و شیمیایی غیر خورندگی، سازگار با مصالح ساخت و ساز و قابل بازیافت می باشد. و پایداری شیمیایی ، غیر واکنشی ، غیر خورنده ، سازگار با مواد ساختاری و قابل بازیافت. از طرف دیگر ، مهمترین مزایای این مواد عبارتند از آنتالپی کم ، ضریب انعطاف پذیری حرارتی کم ، چگالی کم ، اشتعال پذیر و حجم  قابل توجه و هزینه زیاد (13-14).

4.2.2. مواد تغییر فازدهنده غیر آلی (غیر ارگانیک)

مواد تغییر فاز غیرآلی در رده نمک های هیدراته و فلزی طبقه بندی می شوند. مطالعات گسترده ای روی نمک های هیدراته برای استفاده در سیستم های ذخیره سازی حرارتی صورت گرفته است. جالب ترین خصوصیات آن گرمای زیاد همجوشی در واحد حجم ، رسانایی گرمایی بالا (تقریباً دو برابر پارافین) و تغییرات کوچک حجم در  فرآیند انتقال فاز است. علاوه بر این ، نمک های هیدراته خورنده نیستند ، با پلاستیک ها سازگار بوده و از نظر قیمت مقرون به صرفه هستند. برخی از معایب آن ایجاد عدم تطابق نمک و سرعت هسته کمتر است (13).

نمک های فلزی به دلیل وزن آنها هنوز به طور جدی برای ذخیره گرمایی بکار نرفته اند. با این حال ، آنها برخی از پتانسیل مربوط به تغییرات حجم کاهشی و گرمای زیاد همجوشی و هدایت حرارتی را دارند. (13).

به طور خلاصه ، از مزایای مواد تغییر فازدهنده معدنی می توان به بالا بودن آنتالپی ، هزینه کم ، در دسترس بودن ، هدایت حرارتی بالا ، غیر قابل اشتعال بودن ، تغییر حجم کم ، سازگار با ظروف پلاستیکی و اثرات کم محیطی اشاره کرد. از معایب اصلی آنها مشکلات کم خنک سازی فاز مایع ، خواص هسته ای کم ، تغییر فاز ناسازگار ، پایداری حرارتی کم ، مشکلات جداسازی مواد در حین انتقال فاز ، تجزیه ، ناسازگاری با برخی از مصالح ساختمانی ، خورنده فلزات و مقداری سمی است (14-13). می توان نتیجه گرفت که مواد تغییر فاز دهنده غیر آلی در مقایسه با مواد آلی ، رسانایی گرمایی بالاتری دارند ، قابلیت اشتعال پذیری را کاهش می دهند و هزینه های دستیابی پایین تری دارند (14).

4.2.3.  ترکیبات  یوتکتیک

مخلوط های یوتکتیک از برهم کنش دو یا چند ترکیب آلی ، غیرآلی یا مواد تغییر فازدهنده حاصل می شوند ، بنابراین اینها در مقایسه با ترکیبات منفرد ، دمای انتقال نزدیک به نیازهای موجود را دارند. دو یا چند جز ترکیبات باید بطور همزمان متبلور شوند (13-14). عیب اصلی این مواد هزینه زیاد ، حدوداً دو یا سه برابر بیشتر از مواد تغییر فازدهنده آلی یا معدنی ، خاصیت حرارتی فیزیکی محدود و بوی شدید است. از مزایای اصلی می توان به دمای مناسب انتقال ، آنتالپی بالا و تغییر فاز متقارن اشاره نمود (13-14).

4.3. خواص مواد تغییر فازدهنده

عملکرد حرارتی مواد تغییر فازدهنده به دمای ذوب ، هدایت حرارتی و تراکم ذخیره انرژی بستگی دارد. در میان انواع مختلف مواد تغییر فازدهنده مناسب برای ذخیره انرژی گرمایی ، مناسب ترین آن ماده است که دارای نقطه ذوب و انجماد پایین باشد (15).

همه مواد تغییر فاز دهنده موجود قابلیت استفاده در ذخیره سازی حرارتیرا ندارند. ماده تغییر فازدهنده ایده آل باید دارای خصوصیات ترموفیزیکی ، جنبشی ، شیمیایی ، محیطی و اقتصادی مطلوبی باشد (17-16).

در مورد خصوصیات ترموفیزیکی لازم است مواد تغییر فاز دهنده انتخاب شده دارای (14 ، 16،17):

• دمای انتقال در محدوده دمای عملیاتی مطلوب، به منظور تضمین ذخیره و آزاد سازی گرما
• گرمای زیاد انتقال در واحد حجم ، به منظور ذخیره حداکثر انرژی با ترکیب (آمیختن) حداقل مقدارمواد تغییر فاز دهنده
• گرمای با نفوذپذیری بالا ، تفسیر شده توسط ظرفیت گرمایی آن ، به منظور افزایش ظرفیت ذخیره انرژی آن.
• هدایت حرارتی بالا در هر دو حالت جامد و مایع جهت سهولت  انتقال حرارت.
• کاهش حجم در حین انتقال فاز ، به منظور کاهش مشکلات مربوط به مهار آن.
• تراکم بالا؛
• همجوشی مداوم ؛
• پایداری (ثبات) حرارتی طولانی مدت ؛
• عدم تفکیک در حین تغییر فاز

در مورد خصوصیات جنبشی ، برای جلوگیری از فاز مایع خنک کننده فرعی و پاسخگویی به درخواست های محیط اطراف ، مواد تغییر فازدهنده باید سرعت رشد بلورهای بالایی داشته باشد (14-17).

در مورد خواص شیمیایی ، مواد تغییر فازدهنده نباید پس از تعداد زیادی چرخه ، غیر خورنده برای مواد ساختمانی ، غیر قابل اشتعال، غیر سمی و غیر منفجره ، به دلایل زیست محیطی و ایمنی تنزل پیدا کنند (17-14). از نظر خواص زیست محیطی ، مواد تغییر فازدهنده باید دارای مصرف انرژی کم ، سهولت جداسازی از مواد دیگر ، پتانسیل بازیافت بالا و تأثیر محیطی کم باشد. (16). در نهایت ، در مورد خصوصیات اقتصادی ، مواد تغییر فازدهنده باید فراوان ، در دسترس و با هزینه خرید کم باشد تا به راه حلی رقابتی با سایر سیستم های سازنده تبدیل شود (17-14).

4.4. مشکلات استفاده از مواد تغییر فازدهنده

حتی انتخاب دقیق مواد تغییر فازدهنده برای استفاده ، گاهی اوقات نمی تواند تمام الزامات را برآورده کند. مشکلات عدیده  در استفاده از مواد تغییر فازدهنده به جداسازی فاز ، خنک کننده فوق العاده و مقاومت در مقابل آتش بر می گردد.

4.4.1.  جداسازی فاز

جداسازی فاز مشکلی است که می تواند منجر به سو عملکرد مواد تغییر فازدهنده شود. در یک موقعیت ایده آل ، یک ماده جامد هنگام انتقال به فاز مایع ترکیب همگن خود را حفظ می کند ، در نتیجه هنگام بازگشت به فاز جامد نیز همان ترکیب همگن مواد را که همیشه دارای همان دمای آنتالپی و انتقال است در طول چرخه زندگی حفظ می کند (18).

درباره ترکیبات یوتکتیک ، ایم موضوع باید بررسی شودکه انتقال فاز در همان دما اتفاق می افتد ، در غیر این صورت ممکن است یکی از مواد سازنده هنوز در حالت جامد باشد و دیگری در حالت مایع ، باعث جدایی فاز شود. بنابراین ، ترکیب اصلی ماده دیگر متوقف می شود و مواد از ویژگی های اولیه انتقال برخوردار نیستند(18).  استفاده از مواد ضخیم کننده باعث افزایش ویسکوزیته ترکیب شده و ترکیبات مختلف را در کنار یکدیگر حفظ می کند (14).

4.4.2. فوق تبرید (فراسرمایش)

فراسرمایش متشکل از انجماد مواد در دمای زیر دمای انتقال فاز می باشد (14).  اساساً در حین گرم شدن مواد تغییر فازدهنده رفتار خوبی دارند ، اما در هنگام خنک شدن نمی توانند انرژی ذخیره شده را آزاد کنند. بنابراین ، لازم است برای تکمیل چرخه عملکردی مواد تغییر فاز دهندع، دمای خارج به مقدار قابل توجهی کاهش یابد (18).

این مشکل بیشتر در مواد تغییر فازدهنده غیرآلی مشاهده می شود. مواد تغییر فازدهنده آلی که بر پایه پارافین هستند، فراسرمایش را نشان نمی دهند. با این حال ، یکی از راه های رفع این مشکل افزودن ماده هسته ای است (14-18).

4.4.3. مقاوم در برابر آتش

در سال های اخیر دغدغه در مورد استحکام در برابر آتش به منظور محافظت از ساختمان ها در برابر خطرات آتش سوزی افزایش یافته است. مواد تغییر فاز آلی ، به ویژه موم های پارافین ، دارای خطر اشتعال هستند که نگرانی هایی را در مورد مقاومت محصولات حاوی این ماده در برابر آتش ایجاد می کند.

4.5. بهبود عملکرد مواد تغییر فازدهنده

غالباً ، استفاده از مواد تغییر فازدهنده بر روی صفحات ، لوله ها یا سایر عناصر با هدایت حرارتی پایین می تواند کارایی و  بازده مواد را به مخاطره بیاندازد (18).  چند روش برای بهبود عملکرد مواد تغییر فازدهنده وجود دارد از جمله افزودن مواد هسته ساز و غلیظ کننده ها ، ترکیب مواد افزودنی با هدایت حرارتی بالا ، مواد افزودنی آتش ، افزایش سطح تماس ، عدم اشباع ماتریس متخلخل و استفاده از مواد تغییر فازدهنده متعدد (18-14).

استفاده از مواد تغییر فاز دهنده چندگانه برای بهره گیری از چندین ماده با دمای مختلف انتقال است. به این ترتیب ، سیستم ذخیره سازی حرارتی می تواند فعال بماند و در محدوده دمای وسیع تری سود بخشی بیشتری داشته باشد. موسا و همکاران (20)، از طریق شبیه سازی های عددی ، بازده سیستم تبریدی را با استفاده از مواد تغییر فاز هنده چندگانه ارزیابی کردند و  عملکرد مطلوب سیستم تبریدی را مشاهده نمودند. شیخ و لفدی (21) ، چندین شبیه سازی عددی را برای تجزیه و تحلیل تأثیر استفاده از پیکر بندی های مختلف با انواع مختلف مواد تغییر فاز دهنده بر صفحات انجام می دهند. بهبود و پیشرفت قابل توجهی در میزان ذخیره انرژی مشاهده گردید. نتایج عددی همچنین نشان داد که هزینه های انرژی را می توان با استفاده از مواد تغییر فاز هنده چندگانه در مقایسه با بهره گیری از تنها یک ماده تغییر فاز دهنده کاهش داد.

اشباع ماتریس متخلخل با هدایت گرمایی بالا با مواد تغییر فازدهنده ، باعث افزایش هدایت گرما می شود. از آنجا که با افزایش تخلخل هدایت حرارتی کاهش می یابد ، می توان گفت بدون مخاطره انداختن رسانایی گرمایی، مقدار تخلخل ماتریس مطلوب برای اشباع وجود دارد. مصالحی و همکاران (22) ، مطالعه ای را انجام دادند که در آن ماتریس گرافیت را با مواد تغییر فاز دهنده آغشته کردند ، و تأیید کردند که وجود ماتریس متخلخل تأثیر زیادی بر میزان انتقال حرارت و ذخیره انرژی مواد تغییر فاز دهنده دارد. کاهش تخلخل ماتریس باعث افزایش سرعت ذوب می شود. همچنین مشخص شده است که بهترین روش برای افزایش بازده ذخیره سازی مواد تغییر فاز دهنده استفاده از ماتریس جامد با تخلخل بالا و هدایت گرمایی بالا است.

4.6. تکنیک های ادغام مواد تغییر فازدهنده

مواد تغییر فاز دهنده را می توان با استفاده از روشهای مختلف ، مانند اختلاط مستقیم ، غوطه وری ، كپسوله سازی و تثبیت، در مصالح ساختمانی گنجانید.(1).  به دلیل امکان استفاده از ریز کپسول سازی و کلان کپسول سازی، متداول ترین تکنیک اختلاط مواد تغییر فاز دهنده استفاده از کپسول سازی (کپسوله کردن)  است (شکل 2). توجه به این نکته مهم است که استفاده از میکرو کپسول سازی حدود 70٪ و کپسول سازی کلان در حدود 30٪  از کار کپسوله سازی را تشکیل می دهد. از طرف دیگر ، ترکیب مستقیم و تثبیت شکل ، تکنیک هایی با تعداد کار (نقش های) کمتر توسعه یافته ، اما بسیار موثر هستند.

4.6.1. ترکیب مستقیم

ترکیب مستقیم ساده ترین و اقتصادی ترین روش برای کاربرد مواد تغییر فاز دهنده است و مواد بطور مستقیم در طول تولیدشان با مصالح ساخت و ساز ترکیب می شوند. با این حال ، فرض بر این است که این نوع ترکیب شدن  برخی از معایب مانند تاثیر محصولات هیدراتاسیون ، از بین رفتن مقاومت پیوند بین خمیر چسب و سنگدانه ، از بین بردن خصوصیات مکانیکی و دوام را نشان می دهد (23).

 تا همین اواخر تصور می شد که تلفیق مستقیم مواد تغییر فاز دهنده در مصالح ساختمانی منجر به کمبود مواد می شود ، زیرا حرکت این مواد از مکانی که در ابتدا استفاده گردیده اند آزادتر بود. آگیار و کونهار (24)، در پژوهشی در این زمینه نشان داده اند که استفاده از این روش کاملاً کارآمد بوده و هیچ گونه فقدان مواد را در پی نخواهد داشت.

محققان برای مشاهده رفتار مواد تغییر فاز دهنده در حالت مایع و جامد ، پژوهش قابل توجهی را با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده رایگان در ملات ها و ارزیابی رفتار آنها در دماهای مختلف انجام دادند. شاید مشاهدات حاکی از آن باشد که مبلات های حاوی مواد تغییر فاز دهنده همیشه ظرفیت جذب آب کمتری نسبت به ملات های بدون مواد تغییر فاز دهنده نشان می دهند (25).

4.6.2. کپسوله سازی

در این روش مواد تغییر فاز دهنده قبل از ترکیب در محصولات ساختمانی با حصول اطمینان از عدم حرکت این مواد از محلی که در طول فاز مایع بکار برده ، کپسوله می شود. محدودیت مواد تغییر فاز دهنده باید الزامات مقاومت مکانیکی ، انعطاف پذیری ، مقاومت در برابر خوردگی و پایداری حرارتی را داشته باشد و همچنین به عنوان یک مانع محافظ عمل کند. همچنین باید سطح کافی برای انتقال حرارت ، پایداری ساختاری و استفاده آسان از مواد را داشته باشد (26). دو شکل اصلی کپسوله سازی وجود دارد: میکروکپسولاسیون و کلان کپسوله سازی (14).

كپسول سازي كلان بر اساس ورود مواد تغییر فاز دهنده به لوله ها ، پانل ها يا ظروف بزرگ ديگر است كه معمولاً ظروفي با قطر بیشتر از 1 سانتي متر هستند. در این روش می توان مقدار قابل توجهی مواد تغییر فاز دهنده را در یک ظرف قرار داد. از مزایای اصلی این روش می توان به حمل و نقل آسان و استفاده از آن ، امکان ایجاد انبساط مخصوص برای کاربرد مورد نظر ، سازگاری بهتر با مواد و کاهش تغییرات حجم خارجی اشاره کرد(14-1).  معایب آن رسانایی گرمایی کم ، نیاز به عناصر مهار کننده محافظت در برابر تخریب و امکان جامد شدن مواد تغییر فاز دهنده در گوشه ها و لبه ها ، کاهش انتقال گرما است.كپسول سازي كلان روش عالی براي تلفيق مواد تغییر فاز دهنده در ديوارها و سقف هاي پيش ساخته است. در این روش مواد تغییر فاز با مواد اولیه (بتن ، ملات و غیره) مخلوط نمی شود و از ویژگیهای مکانیکی مواد اساسی کاسته نمی شود. یکی از کاربردهای استفاده از کپسوله سازی کلان این مواد ، ظروف پانلی شکل است. برای عملکرد حرارتی بهتر مهم است که این ظروف مانند ظروف فلزی  هدایت حرارتی بالایی داشته باشند (27). شی و همکاران (28) از ظروف استیل برای كپسوله سازی كامل مواد تغییر فاز دهنده در دیواره های پانل ساندویچ بتونی استفاده می شود. نتایج آنها کاهش قابل توجهی در حداکثر دمای داخلی و افزایش حداقل دمای داخلی را نشان می دهد. ناوارو و همکاران (29) عملکرد حرارتی ماکرو کپسول های مواد تغییر فاز دهنده را در یک دال بتن هسته توخالی فعال مطالعه کردند. شاید این نتیجه حاصل گردد که دال بتن هسته توخالی مواد تغییر فاز دهنده روند شارژ و تخلیه مواد تغییر فاز را تقریبا در 70% روزهای تابستان و زمستان انجام دهد.

به طور کلی ، عملکرد کپسوله سازی کلان مواد تغییر فاز دهنده تا حد زیادی به عوامل مختلفی از جمله محل قرارگیری ماکرو کپسول ها، شرایط اقلیمی ، پیکربندی المان ساختمان ، خصوصیات حرارتی مواد ساختمانی و نوع مواد تغییر فاز دهنده بستگی دارد (27). میکروکپسولاسیون شامل قرار دادن یک توده مولکولی کوچک در ذرات کوچک پوشیده شده با پلیمرهای با کارایی بالا است. میکرو کپسول ها ممکن است کروی یا نامتقارن باشند ، که قطر آنها کمتر از 1 سانتی متر است. با این حال ، قطر ترجیحی بین 1 تا 60 میکرومتر امی باشد. مزیت این فرآیند کپسول سازی بهبود انتقال حرارت از طریق سطح ویژه بزرگ آن است(30-31-26-14). میکرو کپسول های مواد تغییر فاز دهنده را می توان به صورت پودر یا پراکندگی آبی بدست آورد. وجه تسمیه نامگذاری میکرو کپسول اساساً به هسته آن بستگی دارد. اینها ممکن است میکرو کپسول های تک هسته ای باشند که حاوی پوسته ای هستند که دارای یک هسته واحد است و یا میکروکپسول های چند هسته ای ، میکروکپسول با هسته های زیادی در داخل همان پوسته و یک ماتریس که در آن هسته به صورت همگن در داخل پوسته توزیع شده است (29).

روشهای میکروکپسولاسیون اساساً به فرآیندهای شیمیایی ، فیزیکی-شیمیایی یا مکانیکی تقسیم می شوند(30). فرآیندهای شیمیایی اساساً فرآیندهای پلیمریزاسیون و پلی متراکم هستند که در آنها دیواره میکرو کپسول درجا تشکیل می شود. روشهای شیمیایی و فیزیکی روشهایی هستند که در آنها دیواره ها توسط پلیمرهای از قبل ساخته شده توسط فرایندهایی مانند حذف حلال تشکیل می شوند. فرآیندهای مکانیکی شامل انواع فرایندهای پاشش ، فرآیندهای پوشش دهی از حالت مایع و میکرونیزاسیون است. یکی از پرکاربردترین روشها برای میکرو کپسولاسیون مواد تغییر فاز دهنده ، پراکندگی قطرات این مواد در محلولی آبی و تشکیل دیواره های پلیمری در اطراف قطرات با استفاده از تکنیک هایی مانند هم انباشتگی ، پلی کندسانساسیون سطحی و سایر فرآیندهای پلیمریزاسیون درجا است. این کپسول ممکن است از مواد مختلفی مانند پلی اوره ، پلی اورتان ، پلی متیل متاکریلات ، پلی وینیل استات ، رزین های پلی استایرن یا اوره-فرمالدئید ، ملامین-فرمالدئید یا ژلاتین-فرمالدئید تولید شود (30-17).

انتخاب فرآیند میکروکپسولاسیون و همچنین مواد تشکیل کپسول از اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا کاربرد بعدی آن به پایداری شیمیایی ، فیزیکی و مکانیکی آن بستگی دارد. یک مشکل بالقوه مرتبط با ترکیب میکرو کپسول مواد تغییر فاز دهنده ، شکستن میکرو کپسول در طی فرآیند اختلاط یا بارگذاری بتن است ، که توسط تصاویر SEM در تحقیقات مختلف نشان داده شده است (32-35). پومیانوفسکی و همکاران (35)  به منظور بررسی وضعیت نهایی میکرو کپسول ها پس از فرآیند اختلاط(ترکیب) ، مطالعه میکروسکوپ الکترونی اسکن برودتی انجام دادند. نتایج به دست آمده حاکی از برخی آسیب ها در میکرو کپسول های مواد تغییر فاز دهنده است. به عنوان مثال ، سان (36) مقاومت فشاری میکرو کپسول های تغییر فاز دهنده را بر اساس ملامین برای مالدئید مطالعه کرد.

میکروکپسول ها ، با قطر بین 1 تا 12 میکرومتر ، تحت فشرده سازی بین دو وجه متقارن، فشرده و آزاد ، تا زمان گسستگی  فشرده می شوند. نتایج نشان داد که کشش کپسول ها حدود 19٪ بوده و طرفیت انفجار آن حدود 70٪ است. سان و همکاران (37)  مقاومت مکانیکی میکرو کپسول های ملامین-فرمالدئید ، اوره برای مالدئید و صمغ عربی-ژلاتین را مقایسه کرد. کپسولهای مختلف آزمایش شده تا 19٪ برای ملامین-فرمالدئید و 17٪ برای اوره-فرمالدئید رفتار کشسانی نشان دادند. کپسول های ژلاتین عربی با حدود 50٪ کشش فقط رفتار کشسانی نشان دادند.

میکروکپسولاسیون مزایایی از جمله افزایش امکان اختلاط در مواد مختلف ساختمانی ، سرعت انتقال حرارت بالا در واحد حجم ، به دلیل مساحت سطح بیشتر ، مقاومت بیشتر در برابر تغییر حجم در هنگام انتقال فاز ، پایداری شیمیایی و بهبود قابلیت اطمینان حرارتی دارد. مضرات این روش مربوط به کاهش خصوصیات مکانیکی مصالح ساختمانی و هزینه بیشتر می شود (1).

به طور کلی ، از میکرو کپسول های مواد تغییر فاز دهنده بیشتر به عنوان جایگزینی جزئی برای سنگدانه ها مستقیما در فرآیند اختلاط مواد ساختمانی استفاده می شود. کونها و همکاران (38) مطالعه ای با هدف ارزیابی تأثیر دو میکرو کپسول مختلف مواد تغییر فاز دهنده در ملات های گچ آهک انجام داد. این یافته محتمل بود که استفاده از ریزکپسول های مختلف مواد تغییر فاز دهنده ویژگی های مختلفی را در ملات ها ایجاد می کند که مربوط به نوع پلیمر مورد استفاده برای ساخت دیواره میکرو کپسول ها و همچنین اندازه آنها است.

4.6.3. غوطه وری

در روش غوطه وری ، محصولات ساختمانی در مواد تغییر فاز دهنده مایع غوطه ور می شوند تا مواد توسط مویرگی جذب شوند. با این حال ، این مواد تغییر فاز دهنده می تواند با محصولات آبرسانی مصالح ساختمانی تداخل داشته باشد و خصوصیات مکانیکی و استحکام را تحت تأثیر قرار دهد(23).

معمولاً از این روش برای ترکیب مواد تغییر فاز دهنده در سنگدانه های سبک متخلخل استفاده می شود. در سال های اخیر،  چندین محقق انواع مختلف متخلخل آغشته به مواد تغییر فاز دهنده ، با استفاده از روشهای مختلف اشباع (اشباع خلا و اشباع مستقیم) و مواد مختلف پوشش دهنده و پشتیبانی کننده (رس منبسط شده ، بلوک بتونی خرد شده بازیافتی ، ورمیکولیت منبسط شده) را پیشنهاد داده اند (41-39) . ساختار متخلخل سنگدانه های سبک برای قرار دادن مواد تغییر فاز دهنده  در بتن ایده آل است. با این حال ، این مواد باید دارای خواص کافی از جمله، تخلخل ، اندازه منافذ ، اندازه کل و سطح باشند. آگوایو و همکاران (42) چهار نوع مختلف از سنگدانه های سبک وزن (پوکه ، پرلیت ، شیل / خاک رس منبسط شده و تخته سنگ منبسط شده) را مورد بررسی قرار دادند. نتیجه این بودکه تخلخل و قطر منافذ می توانند ظرفیت جذب مواد تغییر فاز دهنده این مواد را تحت تأثیر قرار دهند. خردمند و همکاران (43) نشان دادند که اندازه سنگدانه می تواند بر میزان جذب مواد تغییر فاز دهنده تأثیر بگذارد ، زیرا ظرفیت جذب سنگدانه های کوچکتر بیشتر بود.

4.6.4. تثبیت کننده شکل

با در نظر گرفتن خطر نشت مواد تغییر فاز در حالت مایع ، چندین محقق روش جدیدی را برای ایجاد شکل ثابت پیشنهاد کرده اند (44-47). در این روش ، مواد تغییر فاز  و ماده پشتیبانی در دمای بالا ذوب شده و مخلوط می شوند و پس از آن خنک می شوند تا زمانی که این ترکیب تبدیل به جامد شود. تثبیت مواد تغییر فاز با استفاده از پلی اتیلن ، استایرن و بوتادین با چگالی بالا انجام می شود. مزایای اصلی این روش گرمای ویژه بالا ، هدایت حرارتی کافی و حفظ ثبات مواد تغییر فاز در طی فرآیند انتقال فاز ، بدون نیاز به ظرف است (1). انتخاب ماده پشتیبان و فرم ساخت مواد تغییر فاز با تثبیت شکل ، فاکتورهای مهمی هستند که تأثیر زیادی در خصوصیات حرارتی دارند. مناسب ترین مواد برای ساخت مواد تغییر فاز دارای ثبات، ساختارهای متخلخل با هدایت حرارتی بالا ، مانند گرافیت ، بخار سیلیس ، بنتونیت و دیاتومیت است [27].

4.7. سهم مواد تغییر فاز دهنده در ساخت و ساز پایدار

ترکیب این مواد در مصالح ساختمانی امکان تنظیم حرارت ، افزایش رفاه گرمایی و بازده انرژی ساختمان ها را فراهم می کند. استفاده از این مواد بر اساس سهم آنها در سه بعد توسعه پایدار: اجتماعی ، اقتصادی و محیطی به طور قابل توجهی به ساخت و ساز پایدار کمک می کند  (38). سهم مواد تغییر فاز دهنده در بعد اجتماعی با توجه به ظرفیت ذخیره سازی حرارتی این مواد با کاهش نیازهای گرمایش و سرمایش همراه است. دمای داخل ساختمان ها در طی مدت زمان طولانی تری ثابت می شود ، یا حداقل تغییرات کمتری تجربه می کند. با توجه به بعد زیست محیطی ، نقش این مواد مربوط به کاهش استفاده از منابع انرژی تجدید ناپذیر است ، زیرا این فناوری بر اساس انرژی خورشیدی پایه ریزی شده است.  از طرف دیگر ، کاهش نیازهای آب و هوایی منجر به کاهش استفاده از تجهیزات تهویه مطبوع می شود ، که همچنین باعث کاهش انتشار گازهای آلاینده به جو می گردد. در نهایت ، بعد اقتصادی مربوط به کاهش در هزینه های نگهداری ساختمان،  به طور خاص در هزینه های مربوط به مصرف انرژی است. همچنین مهم است که این فناوری و هزینه های پیاده سازی آنها نیز تطبیق داده شود که باید به آسانی توسط کاربران ساختمان پشتیبانی و سازگار شود.

5.5. کاربرد مواد تغییر فاز دهنده در ساختمان ها

مناطق بزرگ شهری با کمبودهای جدی گرمایی مواجه هستند که هم چالش و هم فرصتی را برای بخش ساخت و ساز به وجود می آورد. هرگونه راه حل برای ساختمان های جدید و هم برای عملیات نوسازی مجدد باید در کاهش مصرف انرژی و بهبود شرایط ساختمان های مسکونی نقش داشته باشد. استفاده از مواد تغییر فاز برای ذخیره انرژی گرمایی در ساختمانها به قبل از سال 1980 برمی گردد. اولین مطالعات در مورد این ماده جهت کاربردهای گرمایش و سرمایش توسط تلکس (48-49) و لین (50) انجام شد.

در حال حاضر ، ذخیره انرژی گرمایی مورد توجه بسیاری از جوامع و مجامع علمی قرار گرفته است ، زیرا کاربردهای آن جهت گرمایش و سرمایش به طور فزاینده ای مورد توجه قرار گرفته است. بنابراین ، ذخیره سازی حرارتی با کاهش فرکانس نوسانات دمای داخل خانه و نگه داشتن دما برای مدت زمان طولانی تر به دمای مورد نظر ، نقش مهمی در افزایش رفاه حرارتی در ساختمان ها بازی می کند (51-54). استفاده از تکنیک های ذخیره سازی حرارتی به ویژه در ساختمانهایی با نیاز قابل توجه انرژی بسیار جالب است و امکان رقابت این روش با سایر روشهای تامین انرژی را فراهم می سازد. برخی از مزایای مرتبط با این فناوری عبارتند از:

• یکنواختی در تقاضای انرژی شبکه ، با کاهش بار و فروپاشی نهایی سیستم های تامین
• کاهش هزینه مربوط به قبض برق ، با مکان یابی مجدد موقتی مصرف انرژی برای دوره های خالی.
• کمک به افزایش رفاه حرارتی در داخل ساختمان ، ذخیره و استفاده از گرمای مرتبط با انرژی خورشیدی (به ویژه برای گرم کردن در زمستان) و خنک کننده همراه با تهویه طبیعی (به ویژه برای خنک سازی در طول تابستان) در نتیجه استفاده از سیستم های تهویه مطبوع (56-21)

در بین تمام کاربردهای مواد تغییر فاز دهنده در ساختمان ها ، جالب ترین مورد ترکیب آنها در مصالح ساختمانی با هدف تغییر در خواص حرارتی آنها است. چندین امکان در این مورد وجود دارد: مواد تغییر فاز می تواند در کف ، دیوار یا سقف قرار گیرد و همچنین بخشی از سیستم حرارتی پیچیده تری باشد ، مانند پمپ های حرارتی و صفحات خورشیدی (57). مزیت عمده استفاده از  مواد تغییر فاز دهنده در ساختمان ها سطح وسیعی است که برای ذخیره سازی و انتقال گرما دارند. تعداد بیشتری مقاله در باب کاربردهای دیواری منشر گردیده اند (شکل 3). لازم به ذکر است که دیوارها عنصر ساختمانی هستند که بیشترین سطح نفوذ را در یک ساختمان دارند ، که توجیه کننده علاقه بیشتر جوامع علمی به این عنصر سازنده است. در مورد محصولات ساختمانی مر کب از مواد تغیر فاز دهنده (شکل 4) ، این نکته قابل توجه است که صفحات ، آجرها ، بتن ها و ملات ها با تعدادکاربرد، سهم بیشتری از مقالات منتشر شده را به خود اختصاص داده اند. این شرایط این گونه توجیه می شود که این مواد می تواند در عناصر ساختاری مختل ساختمان استفاده گردیده و امکان استفاده از تکنیک های مختلف برای ادغام مواد تغییر فاز دهنده استفاده شوند.

5.1 انتقال دما و انتخاب محتوایمواد تغییر فاز دهنده   

با توجه به نیاز فعالیتهای صنعتی ، تجاری و مسکونی ، مصرف برق در طول شبانه روز به میزان قابل توجهی تغییر می کند. این تغییر منجر به یک سیستم قیمت گذاری متفاوت می شود ، بنابراین مدیریت بهتر مصرف انرژی مزایای اقتصادی قابل توجهی را به همراه دارد که اگر بخشی از بار پیک کاهش یابد و به دوره خالی منتقل شود ، می توان به این نتیجه رسید که این فقط از طریق ذخیره حرارتی حاصل می شود (52) .

اهمیت کفایت دمای انتقال مواد تغییر فاز دهنده و دمای جو یک عامل فوق العاده مهم برای کارایی راه حل رارایه شده است. توجه به این نکته مهم است که مواد تغییر فاز دهنده تغییرات دما را در نظر می گیرد. بنابراین ، انتخاب نامناسب دمای انتقال این مواد ممکن است از آن را مختل کرده یا انرژی را به محیط شارژ / تخلیه نمی کند. کاستل و همکاران

(56) مناسب بودن چندین ماده را برای استفاده در صفحات گچ نشان داد. با این حال ، حتی اگر یک شهر بزرگ ذخیره سازی حرارتی باشد ، مواد تغییر فاز دهنده مورد استفاده به درستی کار نمی کند ، چون دمای انتقال این مواد با دامنه دمای رفاه مطابقت ندارد.

همچنین انتخاب یک آنتالپی مناسب برای افزایش عملکرد این مواد بسیار مهم است. از طرف دیگر ، مقدار مواد تغییر فاز دهنده موجود در مصالح ساختمانی باید به بیشترین میزان ممکن ارزیابی شود. لای و همکاران(58)  مطالعه ای را انجام داد که امکان ارزیابی چندین ماده تغییر فاز مرکب در صفحات گچ فراهم ساخت. نتیجه حاصله حاکی از آن بود که ظرفیت ذخیره سازی حرارتی با وجود مواد تغییر فاز دهنده بالاتر در محصول سازنده ، افزایش می یابد.

درک پتانسیل مواد تغییر فاز دهنده ، برخی از نویسندگان را بر آن داشت تا مقایسه ای بین عملکرد راه حلی خاص با این مواد و  راه حلی معمولی انجام دهند. به عنوان مثال ، شارما و همکاران (13)  ذخیره حرارتی روی دیوارها را با استفاده از هگزاهیدرات کلرید کلسیم ، با انتقال دما 29 درجه سانتیگراد به عنوان ماده تغییر فاز ، مطالعه کرد. نتایج بدست آمده حاکی از آن بود که دیواری حاوی مواد تغییر فاز دهنده  با ضخامت 1/1 سانتی متر عملکرد حرارتی بهتری نسبت به دیوار سنگی با ضخامت 40 سانتی متر دارد.

محل قرارگیری مواد تغییر فاز دهنده بسیار مهم است ، زیرا این مواد باید تغییرات دمای محیط را حس کند تا بتواند عملیاتی شود. جین و همکاران (59)  مطالعه ای را با هدف یافتن پربارده ترین حالت این مواد و موقعیت ایده آل آن به منظور استفاده کامل از این فناوری انجام داد. نتایج نشان داد که نزدیکی مواد تغییر فاز به فضای داخلی از کارآیی بیشتری برخوردار است. با توجه به وضعیت مشخص شده است که مواد تغییر فاز دارای سه حالت متمایز هستند: جامد ، نیمه مایع (حالت گذار) و کاملاً مایع. احتمال حصول این نتیجه می رود که حالت مواد تغییر فاز تأثیرات زیادی بر عملکرد راه حل سازنده دارد. هنگامی که این مواد در حالت نیمه مایع باشد ، می تواند گرمای نهفته را سریعتر آزاد کند.

شوسیگ و همکاران (60) پژوهشی در مورد گچ برجسته شده با ترکیب مواد تغیر فاز دهنده  انجام داد و به روشی جدید برای استفاده از مواد تغییر فاز دست یافت. محققان و نویسندگان بمنظور آزمایش، دو سلول آزمایش گچی را با و بدون ترکیب این مواد ساخته اند. دو محلول مختلف مورد بررسی قرار گرفت: گچ با ضخامت 6 میلی متر و 40٪ مواد تغییر فاز و محلول دوم متشکل از لایه گچ با ضخامت 15 میلی متر و حاوی 20% مواد تغییر. در طول مدت زمان مشاهده ، احتمال این نتیجه می رفت که محلول با ضخامت 6 میلی متر ، درجه حرارت داخل سلول را در حدود 4 درجه سانتیگراد پایین نگه دارد. سهم مواد تغییر فاز در آسایش گرمایی حرارتی آنقدر چشمگیر بود که به مدت سه هفته دما در حدود 5 ساعت در سلول این مواد در مقابل حدود 50 ساعت در سلول مواد مرجع بالاتر از 28 درجه سانتی گراد بود. بنابراین ، می توان نتیجه گرفت که مکان مواد تغیییر فاز دارای تأثیرات قابل توجهی بر روی حالت خود ، عملکرد تغییر فاز و عملکرد حرارتی دیوارهای ساختمان است.

5.2کاربردهای دیوار

کاربرد مواد تغییر فاز دهنده در دیواره ها راه حل ترجیحی برای بهره برداری از پتانسیل این مواد است. ترکیب این مواد در صفحات گچ به دلیل کم هزینه بودن و کاربرد متنوع آن ، موضوع چندین تحقیق بوده است. با این حال ، اصول ذخیره گرمای نهان را می توان در مصالح ساختمانی مختلف اعمال کرد (13).

5.2.1. ملات

ملات مواد بسیار مهمی در ساختمان ها هستند ، زیرا از آنها در پوشش سطوح متنوع استفاده می شود و می توانند ترکیبات بسیار متنوعی داشته باشند و با عملیات نوسازی سازگار باشند. اخیراً ، ملاتهای ساخته شده از چسبهای مختلف (گچ ، آهک هوایی ، آهک هیدرولیک و سیمان) با میزان مختلف محتویات میکرو کپسول مواد تغییر فازدهنده  (0٪ ، 20٪ ، 40٪ و 60٪) مورد مطالعه قرار گرفته اند. مطالعات انجام شده کاهش رفتار مکانیکی ملات این مواد را نشان می دهد ، که ناشی از  وجود مقدار بیشتری آب می باشد که باعث افزایش تخلخل می گردد (61-62). همین نویسندگان مطالعه ای را در مورد دوام ملات های مواد تغییر فاز دهنده بر اساس چسب های مختلف انجام دادند ، و مشاهده نمودند که وجود این مواد منجر به ایجاد ملاتی می شود که در مقابل نفوذ آسیب پذیر می باشد که مربوط به سهولت نفوذ عوامل نافذ به دلیل افزایش تخلخل می باشد. با این حال ، در طول مدت تکمیل کار تحقیقاتی، تمام ملات ها رفتار رضایت بخشی از خود نشان دادند. همچنین به این نکنه باید توجه داشت که ملات های پایه سیمان هنگام استفاده از مواد تغییر فاز دهنده ، عملکرد بهتری ارائه می دهند. از طرف دیگر ، ملات های مبتنی بر آهک حساسیت بیشتری به ترکیب میکرو کپسول های این مواد نشان دادند (63). رفتار حرارتی نیز بر اساس قوانین دما برای هر فصل از سال برای آب و هوای پرتغال ارزیابی شد (64). نتایج این مطالعه حاکی از آن بود که استفاده از میكروكپسول مواد تغییر فاز دهنده  منجر به كاهش حداكثر دما ، افزایش حداقل دما ، تاخیر قابل توجهی در دمای شدید و رسانایی در نیازهای گرمایش و سرمایش شده است. در فصل بهار ، می توان نیاز به خنک شدن را برآورده کردو در فصل پاییز ، می توان نیازهای گرمایشی را تامین نمود. کاهش نیازهای گرمایش و سرمایش در فصل بهار ، می تواند نیازهای خنک کننده را از بین برده و در فصل پاییز ، نیازهای گرمایش را از بین برد.

ملات در معرض دمای بالا نیز توسط همین گروه از محققان ارزیابی شده است و نتایج نشان داده است که ترکیب مواد تغییر فاز دهنده در ملات باعث كاهش عملكرد مكانيكي آنها در تمام محدوده هاي دماي مورد مطالعه (20 درجه سانتيگراد ، 200 درجه سانتي گراد و 600 درجه سانتي گراد) مي شود. ملات های پایه سیمانی حساسیت کمتری به قرار گرفتن در معرض دمای بالا دارند و در نتیجه عملکرد بهتری دارند. از طرف دیگر ، ملات های آهکی هوایی با نمایش رفتار حساس تر ، شدت بیشتری را نشان می دهند. این رفتار شبیه ملات های مرجع بود (65).

همچنین می توان نتیجه گرفت که از نظر دمای بالا، ترکیب میکرو کپسول های مواد تغییر فاز دهنده تاثیری بر ملات ها ندارد. استفاده از مواد تغییر فاز دهنده میکرو کپسوله شده به دلیل تغییرات صورت گرفته در این مواد در حین کپسول سازی،  هزینه های زیادی را در بر دارد. بنابراین ، استفاده از مواد تغییر فاز دهنده به صورت آزاد ، یعنی غیر کپسول دار ، از طریق ترکیب مستقیم آن در ملات ، مورد مطالعه قرار گرفت ، زیرا این روش امکان ایجاد ملات هایی با ظرفیت تنظیم حرارتی را با هزینه کم فراهم می کند. لازم به ذکر است که استفاده از مواد تغییر فاز دهنده بدون کپسول باعث کاهش در هزینه تولید ملات می شود زیرا خرید این ماده اولیه با هزینه کمتری امکان پذیر است و روند تولید ملات ساده می شود. کون ها و همکاران (25) با استفاده از ترکیب مستقیم مواد تغییر فاز  غیر محصور شده ، مطالعه ای در ملات های پایه سیمانی انجام داد و مشاهده کرد که ترکیب این مواد غیر محصور باعث ایجاد تغییرات چشمگیری در خصوصیات اصلی ملات ها نمی شود. از طرف دیگر ، می توان که این مواد از داخل ملاتی که در مافذ هستند حرکت نمی کند.

5.2.2. صفحات گچی

از سال 1990 مطالعات زیادی در مورد افزودن مواد تغییر فاز دهنده در صفحات گچ ایجاد شده است. برخی از آنها بر خصوصیات فیزیکی متمرکز بودند (25 ، 66،67) ، در حالی که برخی دیگر متمرگز بر محاسبه عددی ظرفیت گرما بودند (68-70). صفحات گچ بخاطر دسترسی ، فراوانی در ساخت و ساز و عمدتا موقعیت آن در سیستم های ساختمانی متدوال و رایج هستند. این صفحات معمولاً در دیواره های پارتیشن در قسمت داخلی به عنوان عنصری پوششی استفاده می شود ، که استفاده حداکثری اینرسی حرارتی را تضمین می کند (71).

ترکیب مواد تغییر فاز دهنده در صفحات گچ منجر به کاهش دمای شدید داخل ساختمان ها و همچنین صرفه جویی در مصرف انرژی از منابع غیر تجدید پذیر می شود. به عنوان مثال آتینیتیس و همکاران (68) مطالعه ای تجربی و عددی را در صفحات گچ با ترکیب مواد تغییر فاز اعمال شده در دیوارهای ساختمان انجام داد. این مطالعه امکان کاهش حداکثر دما در حدود 4 درجه سانتی گراد را فراهم می کند. چند سال بعد شیلی و همکاران (69) همچنین مطالعاتی را با صفحات گچ مواد تغییر فاز دهنده با ضخامت 9.5 میلی متر و حاوی  26% ماده تغییر فاز با دمای انتقال از 9.9 درجه سانتیگراد تا 3/20 درجه سانتیگراد انجام داد. این تحقیق امکان بررسی نوسان دمای پایین در سلولهای آزمایش پوشش داده شده با صفحات گچی ماده تغییر فاز را فراهم ساخت. بعداً ، همان نویسندگان (72) همچنین صفحات گچ را با استفاده از ماده تغییر فاز برای استفاده در سطح دیواری مشترک در یک اتاق آزمایش ، بار خنک کننده را کاهش دادند. با مقایسه اتاق با دیوار دارای ماده تغییر فاز دهنده و اتاق مرجع ، تأیید شد کهکاربرد این مواد در استفاده از سیستم های خنک کننده بسیار موثر بوده است. محققان دیگر مطالعه ای تجربی و عددی را با هدف ارزیابی دمای خارجی و شار اشعه غیر اشباع شده در یک اتاق آزمایش با و بدون صفحات گچ مر کب از ماده تغییر فاز تحت همان شرایط ، در روزی تابستانی انجام دادند. نتایج نشان داد که استفاده از ماده تغییر فاز در دیواره ها باعث کاهش نوسانات دمای هوا و افزایش آسایش حرارتی می شود (73).

با توجه به احتمال زیاد ترکیب مواد تغییر فاز در صفحات گچ ، دارکوا و همکاران. (74) رفتار دو روش میتنی بر مواد تغییر فاز را بررسی کرد. در یکی ی صفحه ای گچی حاوی ماده تغییر فاز با ضخامت 12 میلی متر استفاده شد تا به طور مستقیم با یک صفحه گچ ساده با ضخامت 10 میلی متر با 2 میلی متر از این ماده به شکل ورقه ورقه شده مقایسه شود. مقدار ماده تغییر فاز گنجانده شده در هر دو مورد 17٪ بود. نتایج نشان داد که استفاده از این ماده ورقه ورقه شده بازده بیشتری دارد زیرا باعث کم شدن دما در حدود 17٪ می شود. این نتایج همچنین با افزایش اینرسی حرارتی مرتبط هستند.

5.2.3. بتن ، بلوک و آجر

ترکیب مواد تغییر فاز در عناصر ساختمانی مانند بلوک ، آجر و سایر مواد مرسوم ، علاوه بر صفحات گچ و ملات ، نیز مورد مطالعه قرار گرفت. کابزا و همکاران (75) رفتار سلولهای آزمایش بتن را با و بدون اختلاط 5٪ از میکرو کپسول های مواد تغییر فاز ساخته و کنترل کردند. بتن با ترکیب این مواد در سقف و دیوارهای جنوبی و غربی استفاده شد. در طول تابستان حدود 3 درجه سانتی گراد در حداکثر سطح دما در دیواره غربی با تاخیر 2 ساعت تأخیر مشاهده شد. بعدها ، بحارار و همکاران (76) با مشاهده افزایش ظرفیت ذخیره گرما و اینرسی حرارتی ،  ترکیب میکرو کپسول مواد تغییر فازدهنده را در پانل های بتن منسوجات تقویت شده را مورد بررسی قرار داد.

ترکیب مواد تغییر فاز در آجر باعث افزایش جرم حرارتی ، افزایش مقاومت حرارتی و کاهش جریان گرما می شود و به عنوان یک خازن حرارتی عمل می کند (77). مواد تغییر فاز را می توان با استفاده از یک محلول کپسول سازی کلان با پر کردن مناطق خالی آجرها ترکیب کرد. مطالعه ای تجربی برای استفاده ازماکرو کپسول ها مواد تغییر فاز در آجرهای معمولی و حفره دار برای خنک سازی غیر فعال ساختمان ها توسط کستل و همکاران انجام شد. (56). چندین سلول آزمایش با هر دو ماده و با و بدون ترکیب مواد تغییر فاز ساخته شدند. نتایج نشان داد که وجود ماده تغییر فاز می تواند حداکثر دما را دو برابر کرده و نوسانات روزانه را کمتر کند. در شرایط عادی ، در تابستان 2008 ، مصرف برق در محفظه های دارای ماده تغییر فاز تا 15٪ کاهش یافت. این صرفه جویی در انرژی در کاهش انتشار co2 در حدود 1 تا 1.5 کیلوگرم در سال موثر بود. ساکسنا و همکاران (77) تأثیر ترکیب ماده تغییر فاز دهنده در آجر را در شرایط آب و هوایی دهلی مطالعه کردند. آنها دو ماده تغییر فاز متفاوت (Eicosane and OM35) را با مشاهده كاهش دماي 5-6 درجه سانتي گراد در آجرها با توجه به آجر معمولي و كاهش جريان حرارت به ترتيب 8٪ و 12٪ براي این دو تغییر فاز ارزيابي كردند.

5.2.4. پانل ها و سایر مواد

ترکیب ماده تغییر فاز در پانل ها نیز مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است. احمد و همکاران (78)نوع جدیدی از پانل های حفره دار را با ضخامت 25 میلی متر و دارای 20 کیلوگرم ماده تغییر فاز ، با دمای انتقال بین 21-25 درجه سانتی گراد بررسی کرد. از این پانل ها در ساخت سلول آزمایش استفاده شده است که این رفتار با سلول آزمایش مرجع مقایسه گردید. در طول تابستان دامنه دما در داخل سلول با میزان ماده اغییر فاز حدود 20 درجه سانتیگراد کاهش یافت. در زمستان وجود مواد تغییر فاز از پایین بودن دمای داخلی منفی از -9 درجه سانتیگراد جلوگیری می کند ، و نشان دهنده اثر مفید ترکیب این مواد در تنظیم درجه حرارت داخل ساختمان است. مطالعه دیگری که توسط سانتوس و همکاران (79) انجام شد  عملکرد حرارتی صفحه ای را که برای کپسول طراحی شده است را با نوع تجاری آن مورد مقایسه داد . آنها دو نمونه مختلف تولید كردند ، یك نمونه سنتی كه دارای 9 پانل و دیگری دارای 7 پانل ماده تغییر فاز دهنده. مواد تغییر فاز پنل طراحی جدید حاوی 17.5 کیلوگرم ماده تغییر فاز بیشتر از پانل موجود است ، در نتیجه منجر به تولید 30٪ ماده بیشتر از نمونه موجود شد. نتایج نشان داد که پانل جدید به دلیل وجود مقدار بیشتر مواد تغییر فاز دهنده منجر به افزایش زمان ذوب و سفت شدن این مواد در مقایسه با پانل موجود شده است.

همانطور که نشان داده شده ، در مصالح ساختمانی معمولی کاربردهای بیشماری برای مواد تغییر فاز وجود دارد. با این وجود در مصالحی که کاربرد آنها در صنعت ساخت و ساز چندان رایج نیست نیز کاربردهایی وجود دارد. به عنوان مثال جین و همکاران (80) کیسه های فویل آلومینیومی پر از ماده تغییر فاز ساختند تا این کیسه ها را به دیوار ساختمان وارد کند. نتایج به دست آمده نشان داد که استفاده از این ماده باعث کاهش زمان اوج شارژ می شود.

5.3 کاربردهای کف (ساختمان)

چندین محقق در حال بررسی راه حل های سازنده برای کاربرد مواد تغییر فاز در کف سازه ها بوده اند. این راه حل ها می توانند بسیار متنوع باشند از جمله کاربرد تنها یک لایه با ترکیبماده تغییر فاز (81) ، چند لایه تشکیل شده از مواد مختلف و انواع مختلف مواد تغییرفاز (82)، کانال های مویرگی برای گردش ماد تغییر فاز دهنده (83،84 ) و حتی ادغام آنها در سیستم های پیچیده تر با استفاده از پمپ های حرارتی (85).

انتروپ و همکاران (80) تحقیقاتی را در روی بتن برای کاربرد در کف با بهره گیری از مواد تغییر فازانجام داد. چهار سلول آزمایشی با یک پنجره رو به جنوب که از طریق آن می توان تابش خورشید را وارد کرد ، انجام شد.ماده تغییر فاز انتخاب شده برای کاربرد آزمایشی مخلوطی پارامتر با نقطه ذوب 23 درجه سانتیگراد بود که توسط BASF تهیه و توسط     Micronal DS5008X تعیین شد. می توان نتیجه گرفت که استفاده از مواد تغییر دهنده باعث کاهش حداکثر دما 16%  و افزایش حداقل دما 7٪ می شود.

ناگانو و همکاران (82) سیستمی را با ترکیب ماده تغییر فاز در کف سازه  ایجاد کرد. این سیستم از یک لایه ماه تغییر فاز نفوذپذیر با ضخامت 3 سانتی متر ، با دمای انتقال 20 درجه سانتیگراد تشکیل شده بود ، که در زیر کف اعمال شده و روی یک صفحه بتونی با یک جعبه هوا قرار گرفته است. نتایج نشان داد که تغییر فاز مواد مذکور بین 17 درجه سانتیگراد تا 22 درجه سانتیگراد با آنتالپی 31 کیلوژول بر کیلوگرم رخ داده است. به این ترتیب می توان دمای داخلی را در مقایسه با مورد مرجع بین 1.5-2.1 برابر و همچنین ذخیره انرژی روزانه 1.79 2. بیشتر حفظ کرد.

لین و همکاران (83) یک سیستم کف الکتریکی با صفحات پلی اتیلن مرکب از مواد تغییر فازدهنده ، با انتقال دما 52 درجه سانتیگراد ، ایجاد کرد. این آزمایشات در سلولی آزمایشی مجهز به سیستم گرمایش الکتریکی انجام شد که هر روز بین ساعت 23:00 تا 8:00 فعال است. در طول دوره تحت نظارت ، دمای خارجی 13.6 درجه سانتیگراد و دمای داخلی 20 درجه سانتیگراد ثبت شد. همچنین تأیید شد که حدود 3.3 کیلووات ساعت انرژی الکتریکی مصرفی به 54 ساعت از مصرف به ساعت خالی منتقل شده است.

راه حل دیگر استفاده از مواد تغییر فاز ، ترکیب قبلی آن در مواد اولیه تشکیل دهنده محصولات ساختمانی است. به عنوان مثال خردمند و همکاران (43) امکان سنجی اشباع سنگدانه های سبک با مواد تغییر فاز را برای محلول های سازنده کف مطالعه کردند. نتایج بدست آمده حاکی از آن بود که روش اشباع مواد تغییر فاز در سنگدانه ها ، به دلیل تراکم بالای ذخیره انرژی گرمایی ، کوثر است و ممکن است مواردی که در آنها مواد تغییر فاز نمی توانند مستقیماً ترکیب شوند ، مناسب باشد.

5.4. کاربرد در سقف

استفاده از محلول های حاوی مواد تغییر فاز در سقف ها نیز مورد مطالعه چندین محقق بوده است (86-93). چند راه حل برای پانل های سقفی با شبکه های مویرگی برای گردش مواد تغییر فاز وجود دارد (86-87) . به عنوان مثال کوچنز و همکاران (86) صفحه ای برای استفاده در سقف ، متشکل از صفحه ای فولادی ، ایجاد کرد که از طریق آن شبکه ای از لوله های مویرگی مملو از گچ تخدیرشده با میکرو کپسول های مواد تغییر فاز در گردش است. پانل دارای 5 سانتی متر ضخامت و حاوی حدود 13 کیلوگرم ماده تغییر فاز در هر متر مربع است که حدود 23٪ از کل جرم صفحه را با دمای انتقال 22 درجه سانتیگراد نشان می دهد. با توجه به بار حرارتی 40 وات بر مترمربع ، فرآیند ذوب حدود 7.5 ساعت طول می کشد ، 290 وات بر متر مربع ذخیره می شود. این نتیجه از آنجا که باعث می شود یک دوره عملیاتی نزدیک به برنامه کاری داشته باشید ، به تنظیم درجه حرارت داخلی کمک می کند ، قابل توجه است. گریت ها و همکاران (87) از ماده ای تغییر فاز میکروکپسوله شده در سیستم تعلیق آبی استفاده کردند که توسط BASF ساخته شده و دمای انتقال آن 18 درجه سانتیگراد است. ماده تغییر فاز دهنده در یک محلول خنک کننده سقفی استفاده شد که در آن ، با در نظر گرفتن قطر کوچک میکرو کپسول این مواد ، با استفاده از پمپ های موجود در بازار به راحتی در مدارهای گرمایش و خنک کننده سقف پمپ می شد. داده های به دست آمده نشان داد كه غلظت 40٪ مواد تغییر فاز در سوسپانسیون آبی می تواند به عنوان یك مایع انتقال حرارت در ی محلول سازنده مورد استفاده قرار گیرد.

محلول های دیگری نیز در مورد ترکیب مواد تغییر فاز در محلولهای سلولی مانند ترکیب آنها در دال بتنی (89) و محلول كپسول سازی كلان در صفحه ای فلزی (90) ایجاد گردید. پاسوپاتی و همکاران (89)  تأثیر یک پانل 2.5 سانتس متری  ماده تغییر فاز را که روی سقف واقع شده است ، بین دو دال ، یکی پایین تر در بتن با ضخامت 12 سانتی متر و دیگری بالا در آجر و ملات با 10 سانتی متر ضخامت ارزیابی کرد. از مواد تغییر فاز دهنده با انتقال دما 26-28 درجه سانتی گراد و گرمای نهان 188 کیلوژول بر کیلوگرم استفاده شد. اختلاف ثبت شده به ترتیب در حداکثر و حداقل دمای سطح 2 درجه سانتی گراد و 3 درجه سانتی گراد بود. چو و همکاران (90) سلولهای فلزی جدیدی حاوی مواد تغییر فاز در حدود 48٪ از مناطق خود ایجاد کردند. هدف اصلی این مطالعه استفاده از این مواد بمنظور جذب شار حرارتی تابش خورشیدی و انتشار از طریق همرفت خارجی در طول شب بود. نتایج بدست آمده حاکی از آن بود که طراحی جدید به طور موثر جریان حرارتی را از طریق ساختمان و بار خنک کننده کاهش می دهد.

راه حل های سازنده مبتنی بر PCM تثبیت شده در شکل نیز علاقه محققان را به خود جلب کرده است. ژو و همکاران [88] رفتار یک اتاق پوشش داده شده با پانل های شامل PCM در سقف و دیوارها ، با دمای انتقال 21 درجه سانتیگراد را مطالعه کرد. نتایج نشان می دهد که می توان حدود 47٪ از انرژی را در طول روز صرفه جویی کرد ، که مربوط به صرفه جویی در حدود 12٪ در طول فصل گرم است.

5.5 کاربردهای مشبک

در سالهای گذشته ، از آنجا که در ساختمانها استفاده فزاینده ای از بخش های مشبک وجود دارد ، راه حل هایی با یکپارچه سازی مواد تغییر فاز برای کاربرد در مناطق مشبک نیز ایجاد گردیده است.  مناطق مشبک بخشهای اساسی ساختمان مانند پنجره ، نمای مشبک و سقف هستند. استفاده از شیشه اجازه می دهد تا بینایی ، تهویه هوا ، بهره منفعل خورشید و روشنایی روز فراهم شود. با این حال ، در مقایسه با سایر اجزا ، عملکرد حرارتی آنها ضعیف است و به طور قابل توجهی میزان مصرف انرژی ساختمان ها را افزایش می دهد  (94) بنابراین ، کاربرد  مواد تغییر فاز در واحد مشبک  روشی موثر درکاهش مصرف انرژی در ساختمان ها و انتقال نور مرئی به محیط داخلی برای روشنایی روز است (95-96).

چندین محقق در این زمینه از طریق ترکیب مواد تغییر فاز در بخش های مشبک تحقیقاتی را انجام دادند [57 ، 94 ، 97]. اسماعیل و هانری كیز [97] با هدف بررسی اثر حرارتی یك و دو جداره با جعبه هوا پر از ماده تغییر فازدهنده ، مطالعه ای را انجام دادند. در طول آزمایش، ماده تغییر فاز در یک مخزن مایع نگهداری شده و ، سپس پمپ می شد و بعداً در فضای بین شیشه ها منجمد می گردید ، بنابراین از اتلاف گرما از طریق پنجره جلوگیری می کرد و دمای داخلی را کاملاً ثابت نگه می داشت. هنگامی که فضای بین شیشه ها به طور کامل توسط ماده تغییر فاز پر شد ، کاهش  بالغ بر 55٪ در انرژی منتقل شده حاصل گردید. لیو و همکاران (94) عملکرد نوری و حرارتی ماده تغییر فاز مشبک را تحت تأثیر تابش خورشید ، دمای ذوب و ضخامت لایه ماده تغییر فاز دهنده در سه پارامتر متفاوت (انتقال ، اختلاف دما بین سطح بالا و پایین و دمای سطح داخلی) مطالعه کرد. نتیجه حاصله حاکی از آن بود که عملکرد حرارتی بخش مشبک مملو از ماده تغییر فاز بهتر شد. زیرا در صورت مایع بودن این ماده ، انتقال واحد لعاب 50٪ می باشد. تابش خورشیدی و ضخامت لایه ماده تغییر فاز نیز عملکرد حرارتی بخش مشبک را تحت تأثیر قرار می دهد، زیرا افزایش ضخامت این ماده منجر به کاهش اتلاف گرما می گردد.

محقق دیگر پژوهشی در زمینه سیستم های محافظت از شیشه پیش روی گرفتند (13 ، 98). به عنوان مثال سیلوا و همکاران [96] یک سیستم شاتر با ترکیب مواد تغییر فاز برای استفاده در قسمت خارجی بخش مسبک ایجاد کرد. در طول روز این سیستم باز می مانده ودر معرض تابش خورشید قرار می گیرد و اجازه جذب گرما را می دهد. در طول شب ، سیستم بسته بوده و ، شروع به تابش گرما به فضای داخلی اتاق ها می کند. این محلول امکان افزایش دمای داخلی حدود 2 درجه سانتی گراد را فراهم می کند.

5.6. کاربرد ترکیبی مواد تغییر فاز

شرایط آب و هوایی بسیار سختی وجود دارد ، با فصول مختلف سرما و گرما ، که ممکن است استفاده از فقط یک نوع ماده تغییر فازاجازه استفاده از حداکثر ظرفیت ذخیره سازی حرارتی را ندهد. بنابراین ، راه حل های سازنده با ترکیب دو یا چند نوع ماده تغییر فاز ، با ویژگی های مختلف ، به منظور دستیابی به یک محلول با قابلیت عملکرد در دامنه دمای گسترده تر ، که منجر به ایجاد راه حل های ترکیبی گردیده است.

پاپسوپاتی و ولراج (99)   به منظور بررسی عملکرد حرارتی محلول مواد تغییر فاز دهنده ترکیبی دو لایه اعمال شده در سقف ساختمان ، را مورد مطالعه ای قرار داد. نتایج حاصله موید کاهش نوسانات دمای داخلی و افزایش آسایش حرارتی بود.

مطالعه کف با ادغام دو لایه ماده تغییر فاز  توسط جین و ژانگ (100) انجام شد که در آن لایه های مختلف این مواد  دارای دمای انتقال متفاوتی بودند و در دمای بالا و پایین کار می کردند. نتایج کاهش نوسانات دمای سطح و جریان های گرما را نشان داد. این سیستم همچنین پس از قطع عملکرد پمپ حرارتی یا کولر متصل به سیستم برای مدت زمان طولانی  قادر به تأمین انرژی گرمایی بوده است. در مقایسه با محلول استاندارد ، بدون ترکیب ماده تغییر فاز ، مشخص شد که انرژی آزاد شده توسط کف حاوی ماده تغییر فاز در دوره اوج به ترتیب 41.1٪ و 37.9٪ در طول دوره گرمایش و سرمایش افزایش می یابد.

استفاده از این نوع محلول ها در دیوارها توسط خردمند و همکاران مورد بررسی قرا گرفت  (101). محققان از سه ماده متفاوت تغییر فاز مرکب  برای ملات های پوشش داخلی استفاده کردند. عملکرد حرارتی ملات های اضافه شده با محلول هیبریدی ماده تغییر فاز به صورت آزمایشی بر اساس قوانین تجربی دما ارزیابی شد. نمونه اولیه تحقق یافته با محلول ترکیبی این مواد ، در مقایسه با شرایط مرجع (بدون ماده تغییر فاز و فقط با یک نوع از این ماده) ، می تواند کاهش بالاتر از دامنه های حرارتی را مشاهده کند. همچنین نتایج بدست آمده نشان داد که ترکیبی از چندین ماده تغییر فاز با نقاط ذوب متمایز ، که دامنه دمایی گسترده تری را پوشش می دهند ، این راه حل را در مقایسه با رویکردهای کلاسیک استفاده از تنها یک ماده تغییر فاز ، که تمایل به تأثیر محدودتری دارد ، کارآمدتر می سازد. از طرف دیگر ، انتخاب انتقال دما از ماده تغییر فاز متفاوت ممکن است حتی رفتار شدیدتری را از آنچه در یک ملات سنتی انتظار می رود ، نشان دهد.

جدول 1 خلاصه اطلاعات اصلی در مورد مطالعات  مختلفی است که قبلاً انجام شده است. صرف نظر از محل ماده تغییر فاز دهنده در ساختمان ، درجه حرارت انتقال و روش ترکیب ، در همه مطالعات نشان داده شده است که کاربرد این ماده  اقدامی موثر بر بهبود بازده انرژی ساختمان ها است. این بهبود بازده بر اساس افزایش حداقل دما ، کاهش حداکثر دما و کاهش تغییر دما در داخل ساختمان ها است ، که باعث می شود آنها بطور قابل توجهی ثابت بمانند. بنابراین ، دستیابی به کاهش نیازهای گرمایش و سرمایش ساختمان نیز امکان پذیر است ، که به معنای کاهش استفاده از تجهیزات HVAC ، مصرف انرژی از منابع غیر تجدید پذیر و تأثیرات منفی بر محیط می باشد.

6.6. نتیجه گیری

مصرف زیاد انرژی در جهان عامل اصلی انتشار زیاد گازهای گلخانه ای به جو و مصرف انرژی از منابع تجدید ناپذیر است که به گرم شدن کره زمین و تخلیه سوخت های فسیلی کمک می کند. در سالهای اخیر ، قانون سختگیرانه تری برای بازده انرژی ساختمانها اجرا شده است. اگرچه اجرای این اقدامات و اتخاذ سیاست ها تاثیر مثبتی داشته است ، اما منجر به کاهش قابل توجه مصرف انرژی در ساختمان ها نگردیده است. به این ترتیب ، در حال حاضر استفاده از مصالح ساختمانی که مصرف انرژی را کاهش دهند ، ازاهمیت روز افزن برخورداراست.

در حال حاضر چندین ماده عایق حرارتی در بازار وجود دارد ، اما از نظر اثربخشی معایب زیادی دارند. بنابراین ، مواد تغییر فاز به دلیل پتانسیل آنها در کاهش دما در داخل ساختمان ، به عنوان فناوری بسیار تاثیر گزار محسوب میشوند.

لازم به ذکر است که استفاده صحیح و دستیابی به حداکثر بازده مواد تغییر فاز به کفایت دمای انتقال آن به محیطی که در آن اعمال می شود و آنتالپی مرتبط با تغییر فاز مربوط می شود. از طرف دیگر ، خواص این ماده تأثیر مستقیمی بر عملکرد حرارتی و در نتیجه راحتی انسان دارد. بنابراین ، انتخاب ماده تغییر فاز باید براساس خواص حرارتی ، فیزیکی ، جنبشی ، شیمیایی ، اقتصادی و محیطی آن باشد.

ماده تغییر فاز به چند صورت می تواند در مصالح ساختمانی ترکیب گردد. با این حال ، در انتخاب روش ترکیب باید نوع مواد مورد نیاز برای تخمیر ، کاربرد آن در ساختمان ها و هزینه توسعه و اجرا را در نظر بگیرد.

ترکیب ماده تغییر فاز در عناصر ساختمانی می تواند بر روی دیوارها ، سقف ها و / یا کف انجام شود ، بنابراین امکانات بی شماری برای استفاده وجود دارد. همچنین باید توجه داشت که در تمام مطالعات تجزیه و تحلیل شده ، همیشه می توان تاثیر مثبت ترکیب ماده تغییر فاز را مشاهده نمود. کاهش دمای شدید و نوسانات دما، منجر به صرفه جویی در مصرف انرژی می شود ، زیرا در یک وضعیت واقعی زمان کارکرد تجهیزات تهویه مطبوع در ساختمان به طور قابل توجهی کاهش می یابد. بنابراین ، مواد تغییر فاز یک فناوری کاملاً پیشگامانه در کاهش مصرف زیاد انرژی ساختمانها و تأثیرات منفی آنها بر محیط مب یاشد هنوز هم در این زمینه نیازهای تحقیقاتی وجود دارد ، یعنی با توجه به استفاده از ترکیب مستقیم و تکنیک های تثبیت کننده فرم ، کاربردهایی برای عناصر خارجی ساختمان و ایجاد مصالح ساختمانی ارزان قیمت که با ماده تغییر فاز تخمیر کرده اند. خواص مواد تغییر فازدهنده تأثیر مستقیمی بر عملکرد حرارتی و در نتیجه راحتی انسان دارد. بنابراین ، انتخاب مواد تغییر فازدهنده باید براساس خواص حرارتی ، فیزیکی ، جنبشی ، شیمیایی ، اقتصادی و محیطی آن باشد.

چندین امکان ادغام مواد تغییر فازدهنده در مصالح ساختمانی وجود دارد. با این حال ، انتخاب روش ترکیب باید نوع مواد مورد نیاز برای دوپینگ ، کاربرد آن در ساختمان ها و هزینه توسعه و اجرا را در نظر بگیرد.

هنوز هم در این زمینه نیازهای تحقیقاتی وجود دارد ، یعنی با توجه به استفاده از ترکیب مستقیم و تکنیک های تثبیت کننده شکل ، برنامه های کاربردی برای عناصر خارجی ساختمان و توسعه مصالح ساختمانی ارزان قیمت با استفاده از مواد تغییر فازدهنده.

Reference

• A. Memon, Phase change materials integrated in building walls: A state of the art review, Renew. Susta. Energy Rev. 31 (2014) 870–906, https://doi.org/10.1016/j. rser.2013.12.042.
• Diamanti, M. Ormellese, M. Pedeferri, Characterization of photocatalytic and superhydrophilic properties of mortars containing titanium dioxide, Cem. Concr. Res 38 (2008) 1349–1353, https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2008.07.003.

• Pacheco-Torgal, S. Jalali, The sustainability of construction materials, uni-versity of minho, engineering school, Tec. Minho (2010) (in portuguese).
• Patiño-Cambeiro, J. Armesto, G. Bastos, J. Prieto-López, F. Patiño-Barbeito, Economic appraisal of energy efficiency renovations in tertiary buildings, Susta. Cities Soc. 47 (2019) 101503, https://doi.org/10.1016/j.scs.2019.101503.

• Palma, J. Gouveia, S. Simões, Mapping the energy performance gap of dwelling stock at high-resolution scale: Implications for thermal comfort in Portuguese households, Energy Build 190 (2019) 246–261, https://doi.org/10.1016/j. enbuild.2019.03.002.

• Simões, V. Gregório, J. Seixas, Mapping fuel poverty in Portugal, Energy Proced. 106 (2016) 155–165, https://doi.org/10.1016/j.egypro.2016.12.112.
• Energia, http://www.edificioseenergia.pt/pt/a-revista/artigo/pobreza-energetica-cada-vez-mais-perto-das-nossas-casas(accessed 23 April 2019) (in Portuguese).

• Volta aoConhecimento, 2019. http://www.voltaaoconhecimento.pt/single-post/ 2017/07/31/Previs%C3%A3o-da-Qualidade-do-Ar-PrevQualar-1(accessed 23 April 2019). (in Portuguese).
• Hasnain, Review on sustainable thermal energy storage technologies, Part I: Heat storage materials and techniques, Energy Convers. Manage 39 (1998) 1127–1138, https://doi.org/10.1016/S0196-8904(98)00025-9.

• Halawa, F. Bruno, W. Saman, Numerical analysis of a PCM thermal storage system with varying wall temperature, Energy Convers. Manage 46 (2005) 2592–2604, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2004.11.003.

• Liu, C. Ma, Numerical analysis of melting with constant heat flux heating in a thermal energy storage system, Energy Convers. Manage 43 (2002) 2521–2538, https://doi.org/10.1016/S0196-8904(01)00190-X.
• Zalba, J. Marın,́ L. Cabeza, H. Mehling, Review on thermal energy storage with phase change: materials, heat transfer analysis and applications, Appl. Therm. Eng 23 (2003) 251–283, https://doi.org/10.1016/S1359-4311(02)00192-8.
• Sharma, V. Tyagi, C. Chen, D. Buddhi, Review on thermal energy storage with phase change materials and applications, Renew. Susta. Energy Rev. (2009) 318–345, https://doi.org/10.1016/j.rser.2007.10.005 13.

• Cabeza, A. Castell, C. Barreneche, A. Gracia, A. Fernández, Materials used as PCM in thermal energy storage in buildings: a review, Renew. Susta. Energy Rev. (2011) 1675–1695, https://doi.org/10.1016/j.rser.2010.11.018 15.
• Kasaeian, L. Bahrami, F. Pourfayaz, E. Khodabandeh, Y. Yan, Experimental studies on the applications of PCMs and nano-PCMs in buildings: A critical review, Energy Build 154 (2017) 96–112, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.08. 037.

• PCM Energy, 2019. http://www.teappcm.com/(accessed 18 April 2019).

• Silva, Incorporation of phase change materials into construction materials, university of Minho, Depart. Civil Eng. (2009) (in portuguese).
• Lucas, Functional mortars for sustainable construction, PhD Thesis, University of Aveiro, Depart. Civil Eng. (2011) (in portuguese).
• Song, S. Ma, G. Tang, Z. Yin, X. Wang, Preparation and characterization of

flame retardant form-stable phase change materials composed by EPDM, paraffin and nano magnesium hydroxide, Energy 35 (2010) 2179–2183, https://doi.org/  10.1016/j.energy.2010.02.002.

• Mosaffa, C. Ferreira, F. Talati, M. Rosen, Thermal performance of a multiple PCM thermal storage unit for free cooling, Energy Convers. Manage 67 (2013) 1–7, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2012.10.018.
• Shaikh, K. Lafdi, Effect of multiple phase change materials (PCMs) slab con-figurations on thermal energy storage, Energy Convers. Manage 47 (2006)

2103–2117, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2005.12.012.

• Mesalhy, K. Lafdi, A. Elgafy, K. Bowman, Numerical study for enhancing the thermal conductivity of phase change material (PCM) storage using high thermal conductivity porous matrix, Energy Convers. Manage 46 (2005) 847–867, https:// doi.org/10.1016/j.enconman.2004.06.010.
• Hawes, D. Banu, D. Feldman, Latent heat storage in concrete, Sol. Energy Mater 19 (1989) 335–348, https://doi.org/10.1016/0165-1633(89)90014-2.
• Aguiar, S. Cunha, Construction mortars and concretes with incorporation of PCM, Natl Invent. Patent N° 108881 (2018) (in Portuguese).
• Cunha, M. Lima, J.B. Aguiar, Influence of adding phase change materials on the properties of cement mortars, Constr. Build. Mater 127 (2016) 1–10, https://doi. org/10.1016/j.conbuildmat.2016.09.119.

• Regin, S. Solanki, J. Saini, Heat transfer characteristics of thermal energy sto-rage system using PCM capsules: a review, Renew. Susta. Energy Rev. (2008) 2438–2458, https://doi.org/10.1016/j.rser.2007.06.009 12.

• Marani, M. Nehdi, Integrating phase change materials in construction materials: Critical review, Constr. Build. Mater 217 (2019) 36–49, https://doi.org/10.1016/ j.conbuildmat.2019.05.064.

• Shi, S. Memon, W. Tang, H. Cui, F. Xing, Experimental assessment of position of macro encapsulated phase change material in concrete walls on indoor tempera-tures and humidity levels, Energy Build 71 (2014) 80–87, https://doi.org/10.

1016/j.enbuild.2013.12.001.

• Navarro, A. Gracia, A. Castell, S. Álvarez, L. Cabeza, PCM incorporation in a concrete core slab as a thermal storage and supply system: proof of concept, Energy Build 103 (2015) 70–82, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2015.06.028.
• Cardoso, Application of PCM microcapsules in thermal insulation materials for protective and fire-fighting clothing, University of Minho, Depart. Textile Eng. (2006) (in Portuguese).
• Tyagi, S. Kaushik, S. Tyagi, T. Akiyama, Development of phase change materials based microencapsulated technology for buildings: A review, Renew. Susta. Energy Rev 15 (2011) 1373–1391, https://doi.org/10.1016/j.rser.2010.10.006.
• Hunger, A. Entrop, I. Mandilaras, H. Brouwers, M. Founti, The behavior of self-compacting concrete containing micro-encapsulated phase change materials, Cem. Concr. Compos 31 (2009) 731–743, https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.

2009.08.002.

• Aguayo, S. Das, A. Maroli, N. Kabay, J. Mertens, S. Rajan, G. Sant, N. Chawla,

1. Neithalath, The influence of microencapsulated phase change material (PCM) characteristics on the microstructure and strength of cementitious composites: experiments and finite element simulations, Cem. Concr. Compos 73 (2016)

29–41, https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2016.06.018.

• Lecompte, P. Le Bideau, P. Glouannec, D. Nortershauser, S. Le Masson, Mechanical and thermo-physical behaviour of concretes and mortars containing phase change material, Energy Build 94 (2015) 52–60, https://doi.org/10.1016/j. enbuild.2015.02.044.

• Pomianowski, P. Heiselberg, R. Jensen, R. Cheng, Y. Zhang, A new experi-mental method to determine specific heat capacity of inhomogeneous concrete material with incorporated microencapsulated-PCM, Cem. Concr. Res 55 (2014) 22–34, https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2013.09.012.

• Sun, Mechanical Properties of Melamine-Formaldehyde Microcapsules, J, Microencapsulation 18 (2001) 593–602.
• Sun., Z. Zhang, Mechanical strength of microcapsules made of different wall materials, Int. J. Pharm. 242 (2002) 307–311, https://doi.org/10.1016/S0378-5173(02)00193-X.

• Cunha, J. Aguiar, V. Ferreira, A. Tadeu, Influence of the type of phase change materials microcapsules on the properties of lime-gypsum thermal mortars, Adv. Eng. Mater. 16 (2014) 433–441, https://doi.org/10.1002/adem.201300278.
• Cui, S. Memon, R. Liu, mechanical properties and numerical simulation of macro encapsulated thermal energy storage concrete, Energy Build 96 (2015) 162–174, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2015.03.014.
• Suttaphakdee, N. Dulsang, N. Lorwanishpaisarn, P. Kasemsiri, P. Posi,

10. Chindaprasirt, Optimizing mix proportion and properties of lightweight con-crete incorporated phase change material paraffin/recycled concrete block com-posite, Constr. Build. Mater 127 (2016) 475–483, https://doi.org/10.1016/j. 2016.10.037.

• Xu, H. Ma, Z. Lu, Z. Li, Paraffin/expanded vermiculite composite phase change material as aggregate for developing lightweight thermal energy storage cement-based composites, Appl. Energy 160 (2015) 358–367, https://doi.org/10.1016/j. apenergy.2015.09.069.
• Aguayo, S. Das, C. Castro, N. Kabay, G. Sant, N. Neithalath, Porous inclusions as hosts for phase change materials in cementitious composites: Characterization, thermal performance, and analytical models, Constr. Build. Mater 134 (2017)

574–584, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.12.185.

• Kheradmand, J. Castro-Gomes, M. Azenha, P. Silva, J.B. Aguiar, S. Zoorob, Assessing the feasibility of impregnating phase change materials in lightweight aggregate for development of thermal energy storage systems, Constr. Build. Mater 89 (2015) 48–59, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.04.031.

• Biswas, J. Lu, P. Soroushian, S. Shrestha, Combined experimental and numer-ical evaluation of a prototype nano-PCM enhanced wallboard, Appl. Energy 131 (2014) 517–529, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.02.047.

• Jeong, S. Chang, S. We, S. Kim, Energy efficient thermal storage montmor-illonite with phase change material containing exfoliated graphite nanoplatelets, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 139 (2015) 65–70, https://doi.org/10.1016/j.solmat. 2015.03.010.

• Lv, W. Zhou, W. Jin, Experimental and numerical study on thermal energy storage of polyethylene glycol/expanded graphite composite phase change mate-rial, Energy Build 111 (2016) 242–252, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2015. 11.042.

• Wang, H. Yu, L. Li, M. Zhao, Experimental assessment on a kind of composite wall incorporated with shape-stabilized phase change materials (SSPCMs), Energy Build 128 (2016) 567–574, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.07.031.
• Telkes, Thermal storage for solar heating and cooling, Proceedings of the workshop on solar energy storage subsystems for the heating and cooling of buildings, Charlottesville, USA (1975).
• Telkes, Remarks on thermal energy storage using sodium sulfate decahydrate and water, Sol. Energy 20 (1978) 107, https://doi.org/10.1016/0038-092X(78) 90150-0.

• A. Lane, Adding strontium chloride or calcium hydroxide to calcium chloride hexahydrate heat storage material, Sol. Energy 27 (1981) 73–75, https://doi.org/ 10.1016/0038-092X(81)90023-2.

• Zhang, G. Zhou, K. Lin, Q. Zhang, H. Di, Application of latent heat thermal energy storage in buildings: State-of-the-art and outlook, Build. Environ 42 (2007) 2197–2209, https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2006.07.023.
• Khudhairi, M. Farid, A review on energy conservation in building applications with thermal storage by latent heat using phase change materials, Energy Convers. Manage 45 (2004) 263–275.

• Li, P. Xue, H. He, W. Ding, J. Han, Preparation and application effects of a novel form-stable phase change material as the thermal storage layer of an electric floor heating system, Energy Build 41 (2009) 871–880, https://doi.org/10.1016/j. enbuild.2009.03.009.

• Hernández, D. Morillón, R. Best, J. Fernández, R. Almanza, N. Chargoy, Experimental and numerical model of wall like solar heat discharge passive system, Appl. Therm. Eng 26 (2006) 2464–2469, https://doi.org/10.1016/j. applthermaleng.2006.01.027.

• Verma, S. Varun, Review of mathematical modeling on latent heat thermal energy storage systems using phase-change material, Renew. Susta. Energy Rev. 12 (2008) 999–1031, https://doi.org/10.1016/j.rser.2006.11.002.
• Castell, I. Martorell, M. Medrano, G. Pérez, L. Cabeza, Experimental study of using PCM in brick constructive solutions for passive cooling, Energy Build 42 (2010) 534–540, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2009.10.022.

• Li, Y. Wu, C. Liu, G. Zhang, M. Arıcı, Energy investigation of glazed windows containing Nano-PCM in different seasons, Energy Convers. Manag 172 (2018) 119–128, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.07.015.

• Lai, R. Chen, C. Lin, Heat transfer and thermal storage behaviour of gypsum boards incorporating micro-encapsulated PCM, Energy Build 42 (2010)

1259–1266, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2010.02.018.

• Jin, S. Zhang, X. Xu, X. Zhang, Effects of PCM state on its phase change per-formance and the thermal performance of building walls, Build. Environ 81 (2014) 334–339, https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2014.07.012.

• Schossig, H. Henning, S. Gschwander, T. Haussmann, Micro-encapsulated phase change materials integrated into construction materials, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 89 (2005) 297–306, https://doi.org/10.1016/j.solmat.200.

• Cunha, J.B. Aguiar, V.M. Ferreira, A. Tadeu, Mortars Based in different binders with incorporation of phase change materials: Physical and mechanical properties, Eur. J. Environ. Civ. Eng 19 (2015) 1216–1233, https://doi.org/10.1080/ 19648189.2015.1008651.
• Cunha, J.B. Aguiar, V.M. Ferreira, A. Tadeu, Argamassas com incorporação de Materiais de Mudança de Fase (PCM): Caracterização física, mecânica e durabil-idade, Revista Matéria – Rio de Janeiro 20 (2015) 245–261, https://doi.org/10. 1590/S1517-707620150001.0025 (in portuguese).

• Cunha, J.B. Aguiar, V.M. Ferreira, Durability of mortars with incorporation of phase change materials microcapsules, Rom. J. Mater 47 (2017) 166–175.
• Cunha, J.B. Aguiar, A. Tadeu, Thermal performance and cost analysis of PCM mortars based in different binders, Constr. Build. Mater 122 (2016) 637–648, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.06.114.

• Cunha, J.B. Aguiar, F. Pacheco-Torgal, Effect of temperature on mortars with incorporation of phase change materials, Constr. Build. Mater 98 (2015) 89–101, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.08.077.
• Feldman, D. Banu, D. Hawes, E. Ghanbari, Obtaining an energy storing building material by direct incorporation of an organic phase change material in gypsum wallboard, Sol. Energy Mater. 22 (1991) 231–242, https://doi.org/10.1016/0165- 1633(91)90021-C.

• Feldman, D. Banu, D. Hawes, Development and application of organic phase change mixtures in thermal storage gypsum wallboard, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 36 (1995) 147–157, https://doi.org/10.1016/0927-0248(94)00168-R.
• Athienitis, C. Liu, D. Hawes, D. Banu, D. Feldman, Investigation of the thermal performance of a passive solar test-room with wall latent heat storage, Build. Environ 32 (1997) 405–410, https://doi.org/10.1016/S0360-1323(97)00009-7.

• Shilei, Z. Neng, F. Guohui, Impact of Phase Change Wall Room on Indoor Thermal Environment in winter, Energy Build 38 (2006) 18–24, https://doi.org/ 10.1016/j.enbuild.2005.02.007.

• Ahmad, A. Bontemps, H. Sallée, D. Quenard, Thermal testing and numerical simulation of a prototype cell using light wallboards coupling vacuum isolation panels and phase change material, Energy Build 38 (2006) 673–681, https://doi. org/10.1016/j.enbuild.2005.11.002.

• Oliver, Thermal characterization of gypsum boards with PCM included: Thermal energy storage in buildings through latent heat, Energy Build 48 (2012) 1–7, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2012.01.026.
• Shilei, F. Guohui, Z. Neng, D. Li, Experimental study and evaluation of latent heat storage in phase change materials wallboards, Energy Build 39 (2007) 1088–1091, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2006.11.012.

• Kuznik, J. Virgone, J. Roux, Energetic efficiency of room wall containing PCM wallboard: a full-scale experimental investigation, Energy Build 40 (2008) 148–156, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2007.01.022.

• Darkwa, P. O'Callaghan, D. Tetlow, Phase-change drywalls in a passive-solar building, Appl. Energy 83 (2006) 425–435, https://doi.org/10.1016/j.apenergy. 2005.05.001.
• Cabeza, C. Castellon, M. Nogues, M. Medrano, R. Leppers, O. Zubillaga, Use of microencapsulated PCM in concrete walls for energy savings, Energy Build 39 (2007) 113–119, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2006.03.030.
• Bahrar, Z. Djamai, M. Mankibi, A. Larbi, M. Salvia, Numerical and experi-mental study on the use of microencapsulated phase change materials (PCMs) in textile reinforced concrete panels for energy storage, Susta. Cities Soc. 41 (2018) 455–468, https://doi.org/10.1016/j.scs.2018.06.014.

• Saxena, D. Rakshit, S. Kaushik, Phase change material (PCM) incorporated bricks for energy conservation in composite climate: A sustainable building solu-tion, Sol. Energy 183 (2019) 276–284, https://doi.org/10.1016/j.solener.2019. 03.035.

• Ahmad, A. Bontemps, H. Sallée, D. Quenard, Experimental investigation and computer simulation of thermal behaviour of wallboards containing a phase change material, Energy Build 38 (2016) 357–366, https://doi.org/10.1016/j. enbuild.2005.07.008.

• Santos, M. Kolokotroni, N. Hopper, K. Yearley, Experimental study on the performance of a new encapsulation panel for PCM's to be used in the PCM-Air heat exchanger, Energy Procedia 161 (2019) 352–359, https://doi.org/10.1016/j. egypro.2019.02.105.

• Jin, M.A. Medina, X. Zhang, On the importance of the location of PCMs in building walls for enhanced thermal performance, Appl. Energy 106 (2013)

72–78, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.12.079.

• Entrop, H. Brouwers, A. Reinders, Experimental research on the use of micro-encapsulated phase change materials to store solar energy in concrete floors and to save energy in Dutch houses, Sol. Energy 85 (2011) 1007–1020, https://doi.org/ 10.1016/j.solener.2011.02.017.
• Nagano, S. Takeda, T. Mochida, K. Shimakura, T. Nakamura, Study of a floor supply air conditioning system using granular phase change material to augment building thermal mass storage – heat response in small scale experiments, Energy Build 38 (2006) 436–446, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2005.07.010.

• Lin, Y. Zhang, X. Xu, H. Di, R. Yang, P. Qin, experimental study of under-floor electric heating system with shape-stabilized PCM Plates, Energy Build 37 (2005) 215–220, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2004.06.017.

• Lu, B. Xu, X. Tang, Experimental study on double pipe PCM floor heating system under different operation strategies, Renew. Energy 145 (2020) 1280–1291, https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.06.086.
• Bellos, C. Tzivanidis, K. Moschos, K. Antonopoulos, Energetic and financial evaluation of solar assisted heat pump space heating systems, Energy Convers. Manag 120 (2016) 306–319, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.05.004.

• Koschenz, B. Lehmann, Development of a thermally activated ceiling panel with PCM for application in lightweight and retrofitted buildings, Energy Build 36 (2004) 567–578, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2004.01.029.
• Griffiths, P. Eames, Performance of chilled ceiling panels using phase change material slurries as the heat transport medium, Appl. Therm. Eng 27 (2007) 1756–1760, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2006.07.009.

• Zhou, Y. Zhang, Q. Zhang, K. Lin, H. Di, Performance of a hybrid heating system with thermal storage using shape-stabilized phase-change material plates, Appl. Energy 84 (2007) 1068–1077, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2006.09.015.

• Pasupathy, L. Athanasius, R. Velraj, R. Seeniraj, Experimental investigation and numerical simulation analysis on the thermal performance of a building roof in-corporating phase change material (PCM) for thermal management, Appl. Therm. Eng 28 (2008) 556–565, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2007.04.016.

• Chou, C. Chen, V. Nguyen, A new design of metal-sheet cool roof using PCM, Energy Build 57 (2013) 42–50, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2012.10.030.
• Barzin, J. Chen, B. Young, M. Farid, Application of PCM energy storage in combination with night ventilation for space cooling, Appl. Energy 158 (2015) 412–421, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.08.088.
• Lin, Z. Ma, M. Sohel, P. Cooper, Development and evaluation of a ceiling ventilation system enhanced by solar photovoltaic thermal collectors and phase change materials, Energy Convers. Manag 88 (2014) 218–230, https://doi.org/10. 1016/j.enconman.2014.08.019.
• Jaworski, P. Łapka, P. Furmański, Numerical modelling and experimental studies of thermal behaviour of building integrated thermal energy storage unit in a form of a ceiling panel, Appl. Energy 113 (2014) 548–557, https://doi.org/10. 1016/j.apenergy.2013.07.068.
• Liu, Y. Wu, Y. Zhu, D. Li, L. Ma, Experimental investigation of optical and thermal performance of a PCM-glazed unit for building applications, Energy Build 158 (2018) 794–800, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.10.069.

• Hussein, N. Payam, A. MuhdZaimi, A. Mazlan, J. Fatemeh, Z. Iman, K. John, R. Ben, A. Sheikh, A review on phase change material (PCM) for sustainable passive cooling in building envelopes, Renew. Sustain. Energy Rev 60 (2016) 1470–1497, https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.03.036.

• Tumirah, Z. Mohd, Z. Zulkarnain, R. Rafeadah, Advanced energy storage ma-terials for building applications and their thermal performance characterization: a review, Renew. Sustain. Energy Rev 57 (2016) 916–928, https://doi.org/10.1016/ j.rser.2015.12.081.

• Ismail, J. Henriquez, Thermally effective windows with moving phase change materials curtains, Appl. Therm. Eng 21 (2001) 1909–1923, https://doi.org/10. 1016/S1359-4311(01)00058-8.
• Silva, R. Vicente, C. Amaral, A. Figueiredo, Thermal performance of a window shutter containing PCM: numerical validation and experimental analysis, Appl. Energy 179 (2016) 64–84, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.06.126.
• Pasupathy, R. Velraj, Effect of double layer phase change material in building roof for year round thermal management, Energy Build 40 (2008) 193–203, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2007.02.016.
• Jin, X. Zhang, Thermal analysis of a double layer phase change material floor, Appl. Therm. Eng 31 (2011) 1576–1581, https://doi.org/10.1016/j. applthermaleng.2011.01.023.
• Kheradmand, M. Azenha, J.B. Aguiar, J. Castro-Gomes, Experimental and nu-merical studies of hybrid PCM embedded in plastering mortar for enhanced thermal behaviour of buildings, Energy 94 (2016) 250–261, https://doi.org/10. 1016/j.energy.2015.10.131.