Optimizing phase change material integration in residential building envelopes for year-round energy efficiency in cold climates
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Notice bibliographique
Résumé
Phase Change Materials (PCMs) hold significant potential for improving traditional building envelopes by mitigating indoor temperature fluctuations and reducing energy demands through their Thermal Energy Storage (TES) properties. A crucial objective in designing PCM-enhanced building envelopes is to optimize their energy-saving performance under varying conditions. This simulation study focuses on a residential building in Alberta, Canada, analyzing both steady (normal) and intermittent (night) operation schedules. The aim is to identify PCM specifications that maximize year-round energy-saving. The two main variables of PCM specifications investigated are the midpoint melting temperature <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>T</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>mid</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> and the installation position (PCM layer on the interior or exterior side of the insulation layer). Preliminary simulations show that PCMs installed in the interior outperform those installed in exterior locations. If true, the optimization problem is simplified to a one-dimensional model, with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>T</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>mid</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> being the continuous variable optimized to minimize cooling, heating, and total energy demand on an annual basis, respectively. The co-simulation of EnergyPlus and GenOpt platforms is employed for optimization. Results indicate that the PCM configuration with the optimal midpoint melting temperature <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>T</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>mid</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> resulted in total energy-saving of 6.65% at 21.71°C for the steady schedule and 5.21% at 22.04°C for the intermittent schedule. And the ratio of energy-saving for cooling was higher under intermittent operation (28.42% at 23.27°C) than under steady operation (22.38% at 22.76°C). Relatively satisfactory heating or cooling energy-saving was achieved when <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>T</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>mid</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> was set within ±0.5°C of the heating setpoint or 1°C–2°C below the cooling setpoint, respectively. For residential buildings in cold climates, the melting heat of PCMs primarily originates from indoor sources rather than outdoors. While the energy savings from PCMs during the winter are modest, their ability to mitigate indoor temperature fluctuations is significantly enhanced under intermittent operations, showing promise in enhancing thermal comfort and improving building energy flexibility.
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Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle