ระบบกักเก็บความเย็นในอาคารแบบคอนกรีตมวลเบาร่วมกับสารเปลี่ยนสถานะ
Cooling Storage System in Lightweight Concrete Building with Phase Change Material
Abstract
งานวิจัยนี้มีแนวคิดในการศึกษาออกแบบระบบกักเก็บความเย็นด้วยสารเปลี่ยนสถานะโดยใช้พลังงานไฟฟ้าจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ (สำหรับปรับอากาศในบ้านที่อยู่อาศัยที่มีการปรับอากาศในช่วงเวลากลางคืน) เพื่อเป็นแนวทางในการพัฒนา ปรับปรุง และเพิ่มประสิทธิภาพของระบบกักเก็บความเย็นในโครงสร้างอาคาร โดยทำการทดสอบประสิทธิภาพของระบบกักเก็บความเย็นด้วยสารเปลี่ยนสถานะประเภท พาราฟิน (อุณหภูมิหลอมละลาย 20 องศาเซลเซียส) ในช่วงการ
กักเก็บความเย็น 5 กรณี (ที่ความถี่คอมเพรสเซอร์ 90 70 60 50 และ 40 เฮิรตซ์) พบว่าความถี่ที่เหมาะสมสำหรับชาร์จความเย็นให้กับสารเปลี่ยนสถานะอยู่ที่ 50 เฮิรตซ์ โดยมีค่าสมรรถนะการทำความเย็น (COP) และอัตราส่วนประสิทธิภาพพลังงาน (EER) อยู่ที่ 3.09 และ 10.53 (Btu/hr.)/W คิดเป็นร้อยละประสิทธิภาพในการกักเก็บความเย็นของระบบเท่ากับ 7.03 การใช้พลังงานไฟฟ้าจากการไฟฟ้าส่วนภูมิภาคเพียงอย่างเดียว มีปริมาณการใช้พลังงานไฟฟ้าอยู่ที่ 6.11 กิโลวัตต์ชั่วโมง (สำหรับการทำความเย็น 8 ชั่วโมง) โดยในกรณีที่มีการใช้พลังงานไฟฟ้าร่วมกับแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ทำให้ระบบมีปริมาณการใช้พลังงานไฟฟ้าลดลง อยู่ที่ประมาณ 1.13 กิโลวัตต์ชั่วโมง คิดเป็นร้อยละการประหยัดเท่ากับ 81.57 ซึ่งส่วนประกอบของระบบที่มีการใช้พลังงานไฟฟ้ามากที่สุดได้แก่ ชุดคอยล์ร้อนภายนอกอาคาร คิดเป็นร้อยละ 55
The aim of this research is to study and design the Phase Change Material Cooling Storage System (PCM-CSS) by using Photovoltaic (PV) cell for night air conditioning in lightweight concrete buildings. The PCM-CSS was applied to improve the efficiency of cooling storage system for buildings. The efficiency of PCM-CSS and the energy consumption between using electricity power from the Provincial Electricity Authority (PEA) and PEA with PV were studied in the experiment. The melting point of paraffin was selected at 22 °C to store the coldness from refrigerant (R410A). The PCM-CSS processes consist of the charging and discharging. The frequency of compressor was varied in five cases for charging process, namely 90, 70, 60, 50, and 40 Hz. The result indicates that the 50 Hz is an appropriate frequency for cooling charging to PCM with 3.09 of COP, 10.53 (Btu/hr)/W of EER and 7.03% of ηC,Charg. Eventually, the result of the comparison on energy consumption between using electricity power from PEA and PEA with PV reveals the PCM-CSS using electricity power from PEA without PV is approximately 6.11 kWh (charging process for 8 hours.). On the other hand, the electricity power usage from PEA with PV can decrease the energy consumption by approximately 1.13 kWh or can be saved around 81.57% as compared with the electricity power usage from PEA only. The condensing unit of the PCM-CSS, accounting for 55% of the total consumption, represents the greatest segment of power consumption.
Keywords
[1] Energy Policy and Planning office (EPPO). (2019, October). Energy Situation of First Eight Month of 2018 Report. [Online]. (in Thai). Available: http://www.eppo.go.th/index.php/th/energydata/ energysituation/monthly
[2] P. Surawattanawan and C. Suebsap, “Design and equipment selection for ice thermal storage application,” Academic Article of Air Conditioning Engineering Association of Thailand, vol. 17, pp. 98–112, 2008 (in Thai).
[3] S. M. Vakilaltojjar and W. Saman, “Analysis and modeling of a phase change storage system for air conditioning applications,” Applied Thermal Engineering, vol. 21, no. 3, pp. 249– 263, 2001.
[4] P. Tatsidjodoung, N. Le Pierres, and L. Luo, “A review of potential materials for thermal energy storage in building applications,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 18, pp. 327–349, 2013.
[5] N. Chaiyat, “Energy and economic analysis of a building air-conditioner with a phase change material (PCM),” Energy Conversion and Management, vol. 94, pp. 150–158, 2015.
[6] S. E. Kalnæsa and B. P. Jelle, “Phase change materials and products for building applications: A state-of-the-art review and future research opportunities,” Energy and Buildings, vol. 94, pp. 150–176. 2015.
[7] R. Zeinelabdein, S. Omer, and G. Gan, “Critical review of latent heat storage systems for free cooling in buildings,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 82, pp. 2843– 2868, 2018.
[8] U. Stritih and V. Butala, “Energy savings in building with a PCM free cooling system,” Strojniški vestnik - Journal of Mechanical Engineering, vol. 57, no. 2, pp. 125–134, 2011.
[9] S. Riffat, B. Mempouo, and W. Fang, “Phase change material developments: A review,” International Journal of Ambient Energy, vol. 36, no. 3, pp. 102–115, 2013.
[10] L.F.Cabeza, A. Castell, C. Barreneche, A. de Gracia, and A. I. Fernández, “Materials used as PCM in thermal energy storage in buildings: a review,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 15, no. 3, pp. 1675–1695, 2011.
[11] N. Ozisik, (2018, July). Steady heat conduction [Online]. Available: cecs.wright.edu/~sthomas/ htchapter03.pdf
[12] V. Palomba, V. Brancato, and A. Frazzica, “Experimental investigation of a latent heat storage for solar cooling applications,” Applied Energy, vol. 199, pp. 347–358, 2017.
DOI: 10.14416/j.kmutnb.2021.11.001
ISSN: 2985-2145
Email this article 
Hide
Show all