Optimizing Energy Performance of Phase-Change Material-Enhanced Building Envelopes Through Novel Performance Indicators

Buildings, 2025

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.3390/buildings15152678
Деректер сенімділігі 85 жоғары
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

Over recent decades, phase-change materials (PCMs) have gained prominence as latent-heat thermal energy storage systems in building envelopes because of their high energy density. However, only PCMs that complete a full daily charge–discharge cycle can deliver meaningful energy and carbon-emission savings. This simulation study introduces a methodology that simultaneously optimizes PCM integration for storage efficiency, indoor thermal comfort, and energy savings. Two new indicators are proposed: overall storage efficiency (ECn), which consolidates heating and cooling-efficiency ratios into a single value, and the performance factor (PF), which quantifies the PCM’s effectiveness in maintaining thermal comfort. Using EnergyPlus v8.9 coupled with DesignBuilder, a residential ASHRAE 90.1 mid-rise apartment was modeled in six warm-temperate (Cfb) European cities for the summer period from June 1 to August 31. Four paraffin PCMs (RT-22/25/28/31 HC, 20 mm thickness) were tested under natural and controlled ventilation strategies, with windows opening 50% when outdoor air was at least 2 °C cooler than indoors. Simulation outputs were validated against experimental cubicle data, yielding a mean absolute indoor temperature error ≤ 4.5%, well within the ±5% tolerance commonly accepted for building thermal simulations. The optimum configuration—RT-25 HC with temperature-controlled ventilation—achieved PF = 1.0 (100% comfort compliance) in all six cities and delivered summer cooling-energy savings of up to 3376 kWh in Paris, the highest among the locations studied. Carbon-emission reductions reached 2254 kg CO2-e year−1, and static payback periods remained below the assumed 50-year building life at a per kg PCM cost of USD 1. The ECn–PF framework, therefore, provides a transparent basis for selecting cost-effective, energy-efficient, and low-carbon PCM solutions in warm-temperate buildings.