ZEMCH 2019 International Conference Proceedings April.2020 | Page 141

The cooling capacity of the system without and with integrating PCM‐based pre‐cooling system  have been calculated and the reduction of the cooling capacity applying PCM‐based pre‐cooling unit is  presented in Fig. 6. Applying PCM cooling system reduced the capacity of the system by almost 6%  providing the prolonged efficiency.      4.2. Numerical Analysis  The average summer temperature of the UAE (45 °C) is applied as an input for the duct system  with  velocity  levels  of  v=4  m/s.  Fig.  5  shows  the  evaluation  of  air  outlet  temperature  over  the  time  period of 24 hours employing the PCM containers as heat storage units.  The cooling effect of employing PCM enclosures in the duct system on the passing air is clearly  seen in Fig7. Applying high velocity of 4 m/s as input (green‐ dashed line), passing by PCM enclosures,  diminish  the  outlet  air  temperature  below  the  input  temperature  attaining  a  temperature  drop  of  approximately  4°C  compared  to  the  reference  (system  without  the  PCM  enclosures)  due  to  heat  absorbed by the PCM during the phase transition. As the PCM melted the outlet air temperature rise  up reaching the steady state with the input after 10hours.  The melting friction of the PCM inside the enclosures was monitored to predict the required time  for the material to completely melt and optimize the amount of the PCM that can completely melted  within the daytime and the PCM cooling performance was tested at different level of velocity rate. A  similar  PCM  temperature  trend  was  achieved  applying  different  air  velocities  of  3,2  and  1  m/s.  However, with lower magnitude & higher temperature drop as presented in Fig. 8. The temperature  drop  in  case  of  the  1  m/s  was  4.5°C  as  a  maximum  for  single  column  of  PCMs  (design  1)  while  employing  series  of  PCM  enclosures  (design  #2)  dropped  the  inlet  air  temperature  of  46°C  to  35°C  yielding a temperature difference of 11°C.      Fig.9 shows the reduction in the released heat by percentage at different velocity levels. It is clearly  observed  from  Fig.9,  integrating  PCM‐based  pre‐cooling  system  cooled  the  inlet  air  temperature  offering a daily heat reduction of 16.6%, 19.4% , 22.2%, and 25% for design #1 & 33.3% , 33.8%, 47.2%  and 56.6% for design#2 at velocity 4, 3,2 and 1m/s respectively.    The reduction of the cooling capacity applying PCM‐based pre‐cooling unit is presented in        Fig.  10. Applying PCM cooling system reduced the capacity of the system by almost 8% for design 1 and  22.5% for design 2 at velocity 1 m/s.    4.3. Economical Analysis    Although inclusion of the PCM    incurred additional cost at the rate of 1 dollar/kg for paraffin wax  [17]. However, integrating the proposed pre‐cooling unit over time, the amount of reduced electricity  can  reduce  the  payback  period.  The  PCM  cost  is  expected  to  drop  with  increased  interest  in  PCM  systems thus creating an optimal economic scenario [18].  5. Conclusions  Latent cooling technique of air conditioning duct system have been studied using phase change  material as a thermal heat storage. Two types of PCMs have been characterized namely paraffin waxes  and salt hydrate. A commercial grade of paraffin wax with optimum melting point of (31°C) have been  selected for its favorable characteristic of availability, high thermal conductivity, volumetric latent heat  storage capacity and heat of fusion. A single column of PCM containers have been placed in the duct  system and experimentally evaluated in the hot weather of in Falaj Hazza Campus, UAE University Al  Ain  –  UAE.  Inclusion  of  PCM  in  the  air  conditioning  duct  system  offers  a  pre‐cooling  for  the  air  supplied  through  the  duct  system  due  to  latent  heat  absorption  resulting  in  reduced  peak  air‐ conditioning demand. A drop in the peak temperature by almost 4°C at air velocity of 4m/s have been  achieved.    New Perspective of Phase Change Material Application for Energy Efficient Building 130