Heat capacity enhancement of water tanks by use of phase change materials for domestic purposes

In this paper, the possibility of using Phase Change Materials (PCM) as a means to enhance the heat capacity of water tanks is studied. Two different PCMs were investigated. The thermal properties of the PCMs were measured using the T-History-Method. As housing for the PCM, a special 3 layered foil with 2 plastic layers and a thin metal layer was found to be suitable. The PCM elements were found to be stable, even after 1000 freezing-melting cycles. A computational model for simulating the heat transfer of the PCM during the charging and discharging process was also established. The results of the simulation match closely with the measurement results. It was found, that to ensure sufficient heat output for domestic purposes, an optimal thickness of the PCM elements should be calculated. Lastly, the enhancement of the heat storage capacity was calculated for different usage scenarios.

---

W pracy przedstawiono możliwości wykorzystania materiałów zmiennofazowych do zwiększania ilości ciepła magazynowanego w zbiornikach wody. Badano dwa różne materiały zmiennofazowe. Wyznaczono własności cieplne zastosowanych materiałów zmiennofazowych. Stwierdzono, że konstrukcja warstwowa materiałów zmiennofazowych umieszczonych w folii 3-warstwowej, z dwoma warstwami z folii i jednej metalowej jest najkorzystniejsza. Stwierdzono stabilność własności cieplnych elementów po 1000 cykli ładowania i rozładowania. Opracowany model symulacyjny dla wymiany ciepła podczas ładowania i rozładowania wykazuje dobrą zgodność z pomiarami. Stwierdzono, że należy dobierać odpowiednią grubość materiału zmiennofazowego dla zapewnienia odpowiedniej ilość ciepła w instalacji c.w. Stwierdzono zwiększenie ilości magazynowanego ciepła dla różnych scenariuszy użytkowania w stosunku do układów bez materiałów zmiennofazowych.