Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2023.

Bibliography: pages 99-107.

This study reports the feasibility and performance of thermally activated building systems with
and without Phase Change Materials for the hot and dry climate zone of North Africa. Using a
validated simulation model, four system configurations are examined for different melting
temperatures and thicknesses of the Bio-PCMs. The four PCM-TABS systems are also
compared to two reference systems with an active ceiling or floor. The configurations were
assessed thermally by the PMVand PCH beside that, the energy saving and the energy cost
were considered. Also, other experimental tests were performed on two cuboids to test the
performance of the radiant floor with and without PCM. The results show that the use of PCMs
is feasible for hot and dry climates, with reductions in energy consumption and running energy
costs of up to 18.46 and 19.8 %, respectively, achieved when PCMs are incorporated into the
radiant ceiling while having a melting temperature of 22 °C and thickness of 6 cm, and those
savings increase when using larger volumes of PCMs with melting temperatures closer to the
setpoint temperature. This comes with a slight reduction in the PPD from nearly 100 % in the
reference systems to no less than 95.5%. In contrast, the total costs of the energy and the PCM
together increased with the increase of the PCM’s thickness as the maximum total cost saving
was 9% achieved when PCMs have a melting temperature of 22°C and thickness of 1 cm. Also,
the numerical results proved that the PCM able to reduce temperature fluctuation by up to 35%
compared to the cases without PCM. The best integration scheme to simultaneously decrease
the mean PPD and increase the PCH is a radiant ceiling with a PCM floor for PCM melting
temperature and thickness of 24°C and 5 cm. The experimental results showed that the PCM
could save up to 84.56 % of the chilled water energy.

هذه الدراسة عن أداء المباني النشطة حراريا مع وبدون المواد متغيرة الطور في المناخ الحار والجاف. تم فحص أداء أربعة صور للنظام فيما يتعلق بالمواضع النسبية لألواح المواد متغيرة الطور ودرجة حرارة الانصهار والحجم. تم تقييم النظام حراريًا من خلال نسبة عدم الراحة الحرارية ونسبة ساعات الراحة، مع مراعاة توفير الطاقة والتكلفة. أيضًا، تم إجراء اختبارات تجريبية على مكعبين بحجم 1م3 لاختبار الأرضية المشعة مع وبدون المواد متغيرة الطور. تظهر النتائج أن استخدام المواد المتغيرة الطور مع المباني النشطة حراريا أدى الى انخفاض في استهلاك الطاقة وتكاليفها يصل إلى 18.46 و19.8٪، على التوالي مع انخفاض طفيف في نسبة ساعات الراحة من 100 ٪ إلى مالا يقل عن 95.5 ٪. وتم تحقيق أقصى توفير إجمالي في التكلفة بنسبة 9٪. أظهرت التجارب أن المواد متغيرة الطور يمكن أن توفر حتى 84.54٪ من طاقة تبريد المياه.

Issued also as CD

Text in English and abstract in Arabic & English.