ZEMCH 2019 International Conference Proceedings April.2020 | Page 134

1. Introduction  From  previous  studies,  it  was  clear  that  buildings  account  for  36%  of  worldwide  energy  consumption,  which  in  turn  equates  to  40%  of  annual  greenhouse  gas  emissions  [1].  Residential  buildings  have  been  identied  as  one  of  the  few  sectors  that  have  the  potential  to  see  large  energy  savings through the utilization of renewable energy and green building concepts [2]. Integrating high  thermal  performance  PCMs  in  building  is  an  effective  technique  to  reduce  energy  consumption  in  buildings [3]. PCMs can reduce the indoor temperature values providing thermal comfort of the space.  Therefore,  increasing  the  energy  efciency  and  improving  the  thermal  comfort  for  occupants  [4].  Utilizing this technology can achieve a reduction in energy consumption of buildings reaching up to  30%, depending on the application [5]. PCMs are organic and inorganic compounds. Both types have  different storage capacity and temperatures of phase change transitions. The most commonly used and  known PCMs are paraffin waxes and salt hydrates [6‐8]. Phase changes solid/liquid and solid/solid is  the attractive form to be applied as a thermal energy storage system in the building applications with  a milting temperature point ranges from 0 °C to 100 °C due to small volumatic change of 10% during  the phase transition [9].  Optimization PCM are known as an effective technology to store larger amounts of thermal energy  per unit mass than conventional thermal mass building materials such as concrete and stone [3]. They  add thermal stability to lightweight constructions without adding physical mass. Therefore, integrating  PCMs with building envelopes to improve indoor thermal comfort level [7] and save energy attracted  so  many  attentions  from  researchers  all  over  the  world.  Similar  to  the  PCMs  optimized  building  envelopes, PCM storage systems can also be put into air cooling, heating, and ventilation systems to  store  thermal  energy  from  the  evaporator  or  condenser  and  thus  improve  indoor  thermal  level.  Therefore, PCM has been widely used in air‐conditioning, building materials, textiles, energy‐saving  equipment, health care, food preservation and warm supplies as one of the typical environmentally  friendly  energy  saving  materials  [10‐11].  PCMs  used  in  building  equipment  could  improve  indoor  thermal  comfort  by  regulating  air  temperature,  and  effectively  increase  the  energy  efficiency  of  air  cooling, heating, and ventilation systems. [12]  Based on PCM‐TES and free cooling system, PCM window‐based cooling unit was developed by  many researchers. At night, outdoor coolness was stored in the unit by natural ventilation and it was  actively released to indoor environment during daytime. The simulation results showed that the PCM  slabs with optimum thickness of 5 mm could freeze completely within 7 h from 21:00 to 4:00. On the  other  hand,  for  improving  summer  comfort  in  domestic  residence,  a  PCM  stock  was  coupled  with  summer ventilation system [13]  The previous results confirm that the temperature peaks in a local equipped with PCM insulation  could be reduced up to 5 °C (various studies achieved proclaim temperature reductions between 3 and  5 °C), and the electricity consumption linked to air‐cooling system could decrease by 30% [14].    The purpose of this paper is to design and evaluate novel PCM based air pre‐cooling system placed  in the AC duct system, the characteristics required for effective and predictable thermal energy storage  excludes  many  PCMs  which  used  for  higher  temperature  ranges  recommending  paraffin  and  salt  hydrates with preferable characteristics of higher thermal energy storage and suitable melting range.  2. Materials and Methods    The  methodology  of  this  paper  is  composed  of  integrating  the  PCM  (paraffin  wax)  into  the  air  conditioning duct system and evaluate its pre‐cooling performance. The hot air will be supplied to the  test chamber with specified velocity while the PCM containers will be placed facing the hot air. The hot  air will bump the surfaces of the PCM containers allowing the heat to transmit to the PCMs. The PCM  will work as latent heat storage units cooling the surrounding air. The cooling effect is quantified by  the drop‐in air temperature at the outlet of the duct as compared to the inlet air temperature. The PCM  associated cooling effect is presented and numerically modeled. The numerical model is employed to  123 ZEMCH 2019 International Conference l Seoul, Korea