دراسة تجريبية لفعالية مواد تغيير الطور عند خلطها بالمواد الطينية النقية أو المختلطة بالإسمنت لخفض الحرارة داخل المباني

Experimental Evaluation of the Effectiveness of Phase Change Materials Mixed with Pure Clay and Cement-Stabilized Clay for Reducing Indoor Temperatures in Buildings

معتز خليفة، نوري الفرنوك

DOI: https://doi.org/10.64489/vksjfj59

الملخص

تتناول هذه الورقة البحثية نتائج تجربة الأداء الحراري وفعالية مواد تغيير الطور (PCMS) عند دمجها مع مواد إنشائية بنسب تركيز متفاوتة، وقد اعتمدت الدراسة المنهج التجريبي العملي. وعلى الرغم من أن مواد تغيير الطور تتميز بقدرة عالية على تخزين الحرارة الكامنة، وأن استخدامها أصبح شائعًا في عدة مجالات، إلا أن انخفاض موصليتها الحرارية يعد من أبرز التحديات؛ لذلك قدمت العديد من الأبحاث حلولا لرفع الموصلية الحرارية لهذه المواد. ولمعالجة هذه التحديات، تم تحضير عينات مركبة بإضافة الرمل أو الأسمنت أو الطين على شكل ألواح بحجمين مختلفين : الأول (300x300×20 مم) والثاني (300×300×10 مم)، وذلك لتحديد فعاليتها في خفض درجات الحرارة المرتفعة داخل فراغات المباني. وأظهرت النتائج أن إضافة بعض المواد بنسب معينة حسنت الموصلية الحرارية بشكل ملحوظ. وختاماً، نستنتج أنه بعد دراسة الموصلية الحرارية لمواد تغيير الطور المغلفة كليا (Macro-encapsulated PCMs) بإضافة الطين والأسمنت والرمل، لتحديد تأثير كل منها، أظهرت النتائج إمكانية دمج مواد تغيير الطور بكفاءة مع الطين، باعتباره مادة صديقة للبيئة، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في مواد البناء علاوة على ذلك، وبالنظر إلى العيب المعروف لمواد تغيير الطور، وهو انخفاض قدرتها على نقل الحرارة، فقد أثبتت الإضافات قدرتها على تحسين الموصلية الحرارية وتعزيز أداء المادة، من خلال زيادة قدرتها على امتصاص الحرارة وإطلاقها، وتقليل التأخر الحراري بنسبة تتراوح بين 20% و 40%.

Abstract

This paper examines the thermal performance and effectiveness of phase change material (PCMS) when integrated with supporting materials at varying concentration ratios and the study adopted an experimental approach. Whereas PCMS offer high latent heat storage capacity, their application is often limited by low thermal conductivity and leakage issues. To address these challenges, composite samples were prepared by incorporating (sand, cement or mud) in the form of panels of various sizes, such as (300×300×20mm) and (300×300×10mm), in order to figure out their effectiveness and to reduce the high temperature inside the building. The experimental results demonstrated that increasing the percentage of the additive significantly improved the thermal conductivity. Finally, we can conclude that the thermal conductivity of macro-encapsulated phase change materials (PCMs) was studied with the addition of clay, cement, and sand to determine the effect of each. The results showed that (PCMs) can be efficiently combined with clay as an environmentally friendly material, making them suitable for use as part of building materials. Furthermore, considering the known disadvantage of PCMs their low heat transfer capacity, the additives demonstrated their ability to improve thermal conductivity, enhancing the material's performance by increasing its heat absorption and release capacity, and reducing the thermal lag by 20%-40%

الكلمات المفتاحية: الأسمنت التخزين الحراري، الطين، الرمل الموصلية الحرارية، مواد تغيير الطور