Development of the Sidewalk Block with Phase Change Material Impregnated Cork Waste

Abstract

Phase change materials (PCMs) have been employed to enhance the thermal characteristics of cementitious composites by leveraging their latent heat capacity. By incorporating PCMs into building components, the heating and cooling loads can be reduced by leveraging the energy release and absorption that occurs during the phase change period. Not only in building components but also in the sidewalk block system also may enable the storage of heat energy within the blocks or delay the heat energy circulation, aiming to mitigate the temperature of the surrounding environment. As such, it can serve as a potential alternative solution to address heat island concerns. Therefore, this study studied sidewalk block development using Phase Change Materials (PCMs) impregnated cork granules as fine aggregate. For the fabrication of thermal energy storage aggregates (TESAs), two types of PCM, Parafol 18-97 and Parafol 20Z, and cork granules were used. Natural sand was replaced by 25% and 50% volume with TESAs and cork granules. Various analyses and tests were conducted to evaluate the physical, thermal, and mechanical properties of the TESAs, and their impact on cement-based composites of blocks. The findings of this study indicated that TESA-A and TESA-B demonstrated favorable phase change temperature ranges and exhibited significant latent heat values. Although the partial replacement of sand with TESAs led to a decrease in compressive and flexural strength, the TESA specimens still achieved higher strength values than C-specimens. Block specimens containing TESAs also showed acceptable water absorption values and thermal stability. In terms of thermal conductivity, the OPC specimen with sand had the highest value, while TESA specimens exhibited slightly lower thermal conductivity compared to C-specimens. Both TESA-A and TESA-B specimens demonstrated superior energy-saving performance and long-time lags compared to OPC and C-specimens, attributed to the improved thermal properties of the PCMs used. TESA-50 exhibited the best energy-saving performance and the longest time lag result. These findings emphasize the potential of utilizing PCMs impregnated cork granules as fine aggregate in energy-efficient sidewalk block development.|상변화 물질(PCM)은 잠열 용량을 활용하여 시멘트 복합체의 열 특성을 향상시키기 위해 사용되었습니다. PCM을 건물 구성 요소에 통합함으로써 상변화 기간 동안 발생하는 에너지 방출 및 흡수를 활용하여 난방 및 냉방 부하를 줄일 수 있습니다. 건물 구성 요소뿐만 아니라 보도블록 시스템에서도 주변 환경의 온도를 완화하기 위해 블록 내의 열 에너지 저장을 가능하게 하거나 열 에너지 순환을 지연시킬 수 있습니다. 이 원리를 활용하면 열섬 문제를 해결할 수 있는 방법이 될 수 있습니다. 따라서 본 연구에서는 상변화물질(PCMs) 함침 코르크 과립을 잔골재로 활용한 보도블록 개발에 관한 연구를 수행하였습니다. Thermal Energy Storage Aggregate(TESA) 제조에는 두 가지 유형의 PCM, Parafol 18-97 및 Parafol 20Z, 코르크 과립이 사용되었습니다. 잔골재는 25% 및 50% 부피로 TESA 및 코르크 과립으로 대체되었습니다. TESA의 물리적, 열적, 기계적 특성과 시멘트 기반 블록의 합성물에 미치는 영향을 평가하기 위해 다양한 분석과 테스트가 수행되었습니다. 이 연구의 결과는 TESA-A와 TESA-B가 유리한 상변화 온도 범위를 보여주었고 상당한 잠열 값을 나타냄을 나타냈습니다. 잔골재를 TESA로 부분적으로 대체하여 압축 및 휨 강도가 감소했지만 TESA 검체는 여전히 코르크 적용 시험체보다 높은 강도 값을 달성했습니다. TESA를 포함한 블록 시험체도 허용 가능한 수분 흡수 값과 열 안정성을 보였습니다. 열전도도 측면에서 모래를 사용한 OPC 시료가 가장 높은 값을 나타냈으며, TESA 시험체는 코르크 시험체에 비해 약간 낮은 열전도도를 나타냈습니다. TESA-A 및 TESA-B 검체는 모두 사용된 PCM의 열 특성이 개선된 덕분에 OPC 및 코르크 시험체에 비해 우수한 에너지 저장 성능과 장시간 지연을 보였습니다. TESA-50은 최고의 에너지 저장 성능과 가장 긴 시간 지연 결과를 보였습니다. 이러한 결과는 에너지 효율적인 보도블록 개발에서 PCMs 함침 코르크 과립을 미세골재로 활용할 수 있는 가능성을 강조합니다.