원통형 PCM 캡슐 적용 벽돌의 열 완충 효과 수치 해석

상변화 물질(PCM)을 통합한 벽돌은 열용량을 향상시키는 것으로 알려져 있지만, 고온 환경에서 캡슐 형상이 미치는 영향은 충분히 연구되지 않았다. 본 연구는 스테인리스 스틸 폼으로 보강된 원통형 헵타데칸 PCM 캡슐이 통합된 열 스마트 벽돌(TSB)의 열 성능을 평가했다. 검증된 전산 유체 역학(CFD) 모델을 활용하여, 외부 최고 온도가 20~40°C로 변화하는 조건에서 간과되기 쉬운 중요한 매개변수인 캡슐 직경(2, 3, 4 cm)의 영향을 조사했다. PCM-폼 캡슐은 기존 벽돌에 비해 실내 최고 온도를 최대 1.9°C 낮추고, 2~3시간의 열 지연을 유도하며, 열유속 진폭을 35~40% 감소시키는 것으로 나타났다. 특히, 외부 최고 온도가 40°C일 때 4cm 직경의 캡슐은 일일 전력 소비량을 130 kWh/day에서 90 kWh/day로 31% 절감했다. 결론적으로, 더 큰 PCM-폼 캡슐은 우수한 열 완충 효과를 제공하며, TSB가 고온 환경에서 에너지 효율과 열 쾌적성을 향상시키는 효과적인 수동형 솔루션임을 입증한다.