Unapređenje performansi energetski efikasnog projektovanja eksperimentalnim i simulacionim istraživanjima PCM materijala i ugradnjom fotonaponskih sistema u omotače građevinskih objekata

Abstract

Jedan od najvećih problema svijeta danas je pitanje energije. Inženjeri i naučnici istražuju najefikasnije načine proizvodnje, transporta i potrošnje energije. Građevinarstvo je jedna od oblasti gdje se najviše energije troši. Istraživanja u smislu racionalizacije energetske potrošnje u gradjevinarstvu su su izuzetno aktuelna i opravdana. Oko 40 % svjetske potrošnje energije otpada na građevinske objekte (rezidencijalni i nerezidencijalni- uslužni sektor) odn. za grijanje, hlađenje, rasvjetu, kućne aparate, itd. Sem toga ovaj dio utrošene energije ima značajan uticaj na okolinu proizvodeći skoro 25% globalne emisije CO2. Stoga je povećanje energetske efikasnosti građevinskih objekata jedan od primarnih zadataka. Jedan od predmeta istraživanja u doktorskoj disertaciji je ocjena nivoa energetske efikasnosti pri primjeni fotonaponskih (PV-PhotoVoltage) modula u Trombovom zidu (takozvani PV-Trombov zid) sa aspekta proizvodnje električne energije, tj. stepena iskorišćenja PV modula. U tom smislu određena je srednja godišnja i srednja mjesečna vrednost generisane električne energije od strane PV modula za različite uglove nagiba PV modula prema tlu, odn. identifikovani su optimalni uglovi nagiba pri kojima je maksimalna generisana električna energija od strane PV modula. Električna energija proizvedena putem PV panela, integrisanih u PV-Trombov zid, analizirana je putem System Advisor Model (SAM) softvera. Izborom lokacija panela, tj. gradova (Podgorica i Changsha), gdje je PV lociran, izabrani su automatski i fajlovi sa realnim parametrima klimatskih, vremenskih prilika za tu lokaciju (solarna iradijacija, temperatura ambijenta, vjetar, itd.) kojima se datoteke SAM-a snabdijevaju u vremenskim sekvencama od 1h. Pri simulaciji i proračunu su uzeti u obzir i drugi relevantni podaci iz datoteka SAM-a koji se odnose na PV (konkretni izabrani tip PV modula, odn. panela, sa odgovarajućim kataloškim parametrima,uglovi nagiba PV, radne temperature PV modula, itd.). Zaključak je da je sa aspekta veće proizvodnje električne energije PV panela, korisnije i ekonomski isplativije instalirati ga ne u Trombovom zidu, nego na drugom mjestu van Trombovog zida, obezbjeđujući optimalan ugao nagiba. Odnosno, inkorporiranje PV modula u omotač Trombovo zida, degradira+ stepen korisnosti PV modula. Drugi predmet istraživanja se odnosi na istraživanja primjene, ugradnje PCM(Phase Change Material - fazno-promjenljivi materijali, tj. materijali koji mijenjaju agregatno stanje) u omotače građevinskih objekata radi poboljšanja energetske efikasnosti stambenih objekata, tj. redukcije grijanja i hlađenja, odn. poboljšanja toplotnih performansi i smanjenja energetske potrošnje unutar stambenih objekata. Primjenom ovih materijala povećava se toplotni kapacitet, tj. sposobnost skladištenja toplote, čak do 14 puta više po jedinici mase od konvencionalnih materijala. Redukcija uključenja dodatnih izvora za zagrijavanje i hlađenje, da bi se temperatura održavala u zoni temperaturnog komfora, vrši se zahvaljujući sposobnosti PCM materijala da akumuliraju latentnu toplotu tokom procesa topljenja i otpuštaju toplotu tokom procesa solidifikacije. Eksperimentalna istraživanja su obuhvatila određivanje optimalnih pozicija izolacionih slojeva sa PCM materijalom (PCM kuglicama) u omotačima građevinskih objekata, tj. pozicija u kojima je maksimalan njihov učinak. Takav učinak podrazumijeva optimalnu regulaciju temperature prostorije u smislu postizanja temperaturnog komfora, uz redukciju upotrebe dodatnih sistema za grijanje i hlađenje. Eksperimentalna istraživanja su sprovedena u laboratoriji Univerziteta za nauku i tehnologiju, u Changsha, Kina. Radi ispitivanja prenosa toplote i njihovog uticaja na fluktuacije temperatura korišćena su kao uzorci tri gipsana zida sa odgovarajućom mjernom instrumentacijom korišćenom u toku eksperimenta. Eksperimenti su vršeni za izvor toplote sa konstantnim i tranzijentnim toplotnim fluksom. Pozicije slojeva sa PCM kuglicama i šupljinama su simultano varirane i dovođene u istu poziciju u odnosu na grejnu foliju, radi poređenja i nalaženja njihovih optimalnih pozicija u kojima je maksimalan njihov učinak, tj. maksimalna redukcija temperature u toku dana, a maksimalni porast temperature u toku noći. Dobijeni rezultati i analiza treba da doprinesu unapređenju efikasnog projektovanja i energetskih performansi izolacionog zida, tj. omotača zgrade sa ugrađenim PCM materijalima.