Modelowanie funkcjonowania cieplnego materiałów zmiennofazowych w zasobniku ciepła

Open Access (Artykuł w pliku PDF)

citation/cytuj: Musiał M., Lichołai L., Katunsky D. Modeling the thermal behavior of phase-change materials in a thermal energy storage system. Materiały Budowlane. 2026. Volume 645. Issue 05. Pages 7-14. DOI: 10.15199/33.2026.05.02

dr inż. Michał Musiał, Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury
ORCID: 0000-0002-8001-5733
prof. dr hab. inż. Lech Lichołai, Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury
ORCID: 0000-0002-1241-1056
prof. CSc. Ing. Dusan Katunsky, Technical University of Košice, Faculty of Civil Engineering
ORCID: 0000-0002-6436-5792

Correspondence address:Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript. 

DOI: 10.15199/33.2026.05.02
Original research paper / Oryginalny artykuł naukowy

Abstract. The article presents an analysis of the accuracy of a computational model for the thermal behavior of three various phase-change materials belonging to the group of saturated aliphatic hydrocarbons and their derivatives. The analysis included empirical studies of the phase change enthalpy values of these three materials differing in the number and sharpness of peaks. The model was verified using empirical results and the quasi-Newton method. The results for the slope coefficient and the coefficient of determination between the calculated and empirical values are 1,05 and 0,99%, respectively.
Keywords: heat storage modeling; phase-change materials; thermal energy storage.

Streszczenie. W artykule przedstawiono analizę dotyczącą poprawności modelu obliczeniowego, funkcjonowania cieplnego trzech różnych materiałów zmiennofazowych w przypadku grupy nasyconych węglowodorów alifatycznych i ich pochodnych. Analiza obejmowała badania empiryczne wartości entalpii przemiany fazowej tych trzech materiałów różniących się liczbą oraz ostrością pików. Weryfikacji modelu za pomocą wyników empirycznych dokonano przy użyciu metody quasi-Newtona. Wyniki współczynnika kierunkowego oraz determinacji wielkości obliczeniowych i empirycznych wynoszą 1,05 i 0,99%.
Słowa kluczowe: modelowanie magazynowania ciepła; materiały zmiennofazowe; magazyn ciepła.

Litertura
[1] Gowreesunker BL, Stankovic SB, Tassou SA,Kyriacou PA. Experimental and numerical investigations of the optical and thermal aspects of a PCM-glazed unit, Energy Build. 2013; https://doi.org/10.1016/j.enbuild. 2013.02.032.
[2] Lichołai L., Musiał M., Experimental analysis of the functioning of a window with a phase change heat accumulator, Materials2020, 13 (6) 3647, https://doi.org/10.3390/ma13163647
[3]VogelAI.Preparatykaorganiczna,WydawnictwoNaukowe:Warszawa,Polska,2006.
[4] Li, WQ; Li, YX; Yang, TH; Zhang, TY; Qin, F. Eksperymentalne badanie pasywnego chłodzenia, magazynowania ciepła i termoelektrycznego zbierania z pianki metalowej PCM wspomaganej rurą cieplną. Int. J. Heat Mass Transf. 2023, 201, 123651.
[5] Xu C, Zhang H, Fang G. Review on thermal conductivity improvement of phase change materials with enhanced additives for thermal energy storage. J. Energy Storage 2022, 51, 104568.
[6] Wang L, KanA, YuW. Melting behaviour and heat transfer performance in a modified PCM-filled enclosure with fins under hypergravity conditions, Int. Commun. Heat Mass Transfer. 2022, 138, 106415, https://doi. org/10.1016/j.icheatmasstrans- 569fer. 2022.106415.
[7] Liu Y, Zheng R. Li J. High latent heat phase change materials (PCMs) with low melting temperature for thermal management and storage of electronic devices and power batteries: Critical review. Renew. Sustain. Energy Rev. 2022, 168, 112783.
[8] Chao J, Xu J, Bai Z,Wang P,Wang R. Li T. Integrated heat and cold storage enabled by high-energy-density sorption thermal battery based on zeolite/ MgCl2 composite sorbent. J. Energy Storage 2023, 64, 107155.
[9] Abhinand S, Sharma A, Kothadia HB. Analiza wydajności topnienia PCM w systemie magazynowania energii cieplnej wspomaganym żebrami – badanie numeryczne. Int. Commun. Heat Mass Transf. 2023, 144, 106747.
[10] Cabeza LF, Medrano M, Castellón C, Castell A, Solé C, Roca J, Nogués M. Thermal energy storage with phase change materials in building envelopes. Contrib. Sci. 2007, 3, 501.
[11] Cabeza LF, Castellón C, Nogués M, Medrano M, Leppers R, Zubillaga O. Use of microencapsulated PCM in concrete walls for energy savings. Energy Build. 2007, 39, 113.
[12] Jaworski M, Abeid S. Thermal conductivity of gypsum with incorporated phase change material (PCM) for building applications. J. Power Technol. 2011, 91, 49.
[13] Xu C, Zhang H, Fang G. Review on thermal conductivity improvement of phase change materials with enhanced additives for thermal energy storage, J. Energy Storage. 2022; https://doi.org/10.1016/j. est.2022.104568 564.
[14] Musiał M, Lichołai L. The Impact of a mobile shaking system and a Phase- Change Heat Store on the Thermal Functioning of a Transparent Building Partition, Materials. 2021; https://doi. org/10.3390/ma14102512.
[15] SuryaA, Prakash R, Nallusamy N. Heat transfer enhancement and performance study on latent heat thermal energy storage system using different configurations of spherical PCM balls. J Energy Storage. 2023, 72: 108643.
[16] Ryms M, Januszewicz K, Haustein E, Kazimierski P, Lewandowski WM. Thermal properties of a cement composite containing phase change materials (PCMs) with post-pyrolytic char obtained from spent tyres as a carrier. Energy. 2022, 239, 121936.
[17] Zhang XY, GeYT, Burra PY. Experimental investigation and CFD modelling analysis of finned-tube PCM heat exchanger for space heating, Appl. Therm. Eng. 2024; https://doi. org/10.1016/j. applthermaleng. 2024.122731.
[18] Liu Y, Zheng R, Li J. High latent heat phase change materials (PCMs) with low melting temperature for thermal management and storage of electronic devices and power batteries:Critical review,Renewable Sustainable EnergyRev. 2022; https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112783 567.
[19] Musiał M. Wykorzystanie organicznych estrów alifatycznych do otrzymania korzystnej energetycznie mieszaniny eutektycznej. Przemysł Chemiczny. 2018. DOI: 10.15199/62.2018.11.7
[20] Pogorzelski JA. Fizyka cieplna budowli, PWN, Warszawa, Polska, 1976.
[21] Stefan J. On the theory of ice formation, particularly ice formation in the polar sea.Wiedemann Ann Phys. u. Chem. 1891, 42, 269-286 (in German).

Received: 30.12.2025 / Artykuł wpłynął do redakcji: 30.12.2025 r.
Revised: 10.02.2026 / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 10.02.2026 r.
Published: 21.05.2026 / Opublikowano: 21.05.2026 r.

Materiały Budowlane 05/2026, strona 07-14 (spis treści >>)