相变材料在不同条件下节能效果的实验

目的 推导相变材料节能率的计算式,探讨不同环境温度、不同功率加热元件、不同相变材料掺量条件下相变材料的节能效果.方法 根据相变材料节能特点,建立节能测试系统,通过升/降温实验,对相变材料节能效果进行探讨.结果 随着相变材料掺量的降低、环境温度的降低、加热元件功率的增大,相变材料节能率降低.相变材料掺量为2 kg/m2、环境温度为10.8℃、加热元件功率为25 W时,相变系统的节能率最高为15.95％.结论 推导出了相变材料节能率的计算式为η=tz·ts/tz·ts-1;相变材料的节能效果与环境温度、供热速率及其掺量密切相关,环境温度高、供热速率慢、掺量高其节能效果好.     

牛粪灰(CMA)混凝土复合保温砌块设计及墙体传热分析

牛粪灰(简称CMA)是一种质纯且成分相对稳定的畜禽养殖废弃物生物质灰.为探讨CMA混凝土复合保温砌块热工性能的影响因素，尝试采用单排孔、双排孔、错位双排孔以及保温材料替代横壁的CMA混凝土复合保温砌块，研究了在不同CMA掺量下各保温砌块的热阻值以及组合成墙体后的传热系数.结果表明：随着CMA掺量的增加，砌块的热阻值随之增大，墙体的传热系数随之减小；在相同孔洞率条件下，砌块纵肋宽度越小，热阻越大，墙体传热系数越小；在砌块内外横壁替换岩棉板和挤塑聚苯乙烯塑料板后，其保温性能明显提高，并得到了替换材料厚度与墙体传热系数关系.     

基于废弃物利用的自保温墙体配套砂浆制备及性能研究

采用淤泥陶砂、废弃加气混凝土结合传热系数小的玻化微珠为砂浆骨料,基于"复合化"思想,制备自保温墙体配套砂浆。采用正交实验探讨混掺砂浆的合理配比,控制4项参数:胶凝材料用量、陶砂(或废料)与玻化微珠体积比、硅灰取代量和胶粉掺量,以干容重、抗压强度、导热系数为考核指标,制备综合利废效果最佳的新型混掺复合保温砂浆。结果表明,陶砂玻化微珠复合砂浆导热系数0.16～0.29W/(m.K),随着陶玻比增大而增大,因此陶砂体积含量增加有利于提高保温性能,加气废料玻化微珠复合砂浆的导热系数0.10～1.14W/(m.K),与陶砂复合保温砂浆相比,有较大的降低。     

国产轻型木结构墙体的稳态热量传递性质

木结构墙体稳态热量传递性质是评价其节能保温的重要指标。为了在引进国外木结构住宅先进技术基础上,推进轻型木结构住宅国产化进程,该研究使用国产材料制备了13块不同构造的轻型木结构墙体,采用热箱一热流计法检测了稳态时墙体的有效传热系数,并通过理论计算,得到了各墙体的理论计算预测值。结果表明,墙体有效传热系数在0．226～0．529w／（m^2·K）之间,除热工级别为IIt级的1、2、3、6号墙体外,其它墙体均为It级,完全适用于中国严寒地区,并满足中国节能65％的墙体传热系数限值要求。通过理论计算预测传热系数设计值与检测值基本相当,可采用理论计算对木结构复合墙体保温性能进行设计。     

固化剂掺量对生土墙体材料性能的影响

目的 研究粉状固化剂不同掺量对生土墙体材料力学性能及耐久性的影响,确定最佳掺量,分析固化剂的固化效果.方法 通过对西安土样中掺入0,5%,10%,15%,20%的自配固化剂测定试件不同龄期的抗压强度、抗折强度、水稳定性、冻融性能和收缩性能,并采用SEM电镜对固化土微观结构进行分析.结果 掺入固化剂的生土墙体材料的性能明显优于未掺试件,并且随着固化剂掺量的增加,生土墙体材料力学性能、水稳定性能、抗冻性能均明显提高,收缩性能变化不是很明显.结论 固化剂对西安地区生土材料性能改善效果明显,固化剂掺量为15%时,试件各项性能满足作为墙体材料的国家标准值.     

相变材料的融化凝固对建筑墙体壁面温度的影响分析

采用enthalpy-porosity法建立建筑墙体内置相变板层融化与凝固的传热模型,室内外空气温度采用正弦周期温度波边界条件,计算了相变板层内融化与凝固引起室内壁面温度的响应.结果表明,在相同的环境条件下,合适的相变温度能使相变材料(Phase Change Material,PCM)完全融化/凝固,室内壁面温度波动变化最小;相变材料的相变温度过高或过低,会导致部分PCM融化/凝固,过高或过低的相变温度将导致室内壁面温度波动增大;相变过程温度范围越窄,相变材料融化与凝固的份额越高,引起壁面温度波动也越小;较大的相变潜热量可以使相变材料储存较多的热量,但相变潜热量超过一定量时,再增大潜热量对室内壁温影响较小.较大的导热系数有利于强化传热,但也导致热阻减小,不利于保温,导热系数的综合效果对室内壁温影响较小.     

方中空夹层钢管再生混凝土组合柱传热性能计算分析

以煅烧硅藻土和玻化微珠掺量为主要变化参数,对玻化微珠再生混凝土试块的性能进行了试验研究.采用有限元软件ANSYS分析了不同空心率χ(0、0.35)和混凝土(普通混凝土、玻化微珠再生混凝土)对组合柱传热性能的影响,并通过理论计算对比了单一墙体和考虑热桥后的方中空夹层钢管混凝土组合柱平均传热系数.结果显示:煅烧硅藻土掺量为3%时,玻化微珠掺量为130%的试块抗压强度可达32.45 MPa,导热系数仅为0.243 2 W/(m·K); 当采用方中空夹层钢管再生混凝土作为建筑的围护结构时,对外墙能耗影响不大,且组合柱平均传热系数较方钢管普通混凝土低20%.     

声空化污水换热器的防除垢与强化换热实验

为解决污水源热泵系统中污水换热器结垢导致的热阻增大、传热效果恶化问题,将声空化技术引入污水换热器中.搭建声空化污水换热器的防除垢与强化换热动态实验台,研究防除垢与强化换热的数学模型,对不同影响参数下污水换热器换热管的污垢增长特性和防除垢规律以及强化换热效果开展实验研究.结果表明:换热管结垢量、结垢率、积垢速率及污垢厚度均随污水流速的降低而增大,最大结垢量为106 g,结垢厚度0.54 mm,积垢速率为12.6 kg/(m~2獉h);除垢率随流速及声空化作用时间的增大而增大,但非一直增大,最大除垢率达85.7%;污水黏度对各项指标影响巨大且流速越小影响越大;换热管的传热系数及其提高百分比均随声空化作用时间、污水温度以及污垢含水率的增加而增大,最大提高百分比达53.4%.故声空化污水换热器防除垢与强化换热具有一定的可行性和高效性,对节能减排具有重要意义.     

基于ANSYS的无比钢外墙的传热系数分析

随着城市发展,建筑能耗将居于社会能源消耗的首位,大力发展节能建筑势在必行。介绍了一种新型节能建筑技术——无比钢建筑体系,利用ANSYS有限元分析软件对该体系的墙体进行热传导模拟分析,分别计算了在不同墙体厚度及填充材料的情况下,复合墙体的综合传热系数。分析结果表明,无比钢复合墙体综合传热系数均小于0.65 W/(m3.K),符合严寒地区民用建筑节能设计的要求。     

矿渣基无机矿物聚合物墙体材料

目的 探究影响矿渣基无机矿物聚合物墙体材料抗压强度和导热系数的主要因素及其变化规律.方法 以矿渣和偏高岭土为主要原材料,加入粉煤灰,发泡剂等辅助原料,在碱性激发剂作用下,常温下制备矿渣基无机矿物聚合物墙体材料,并通过SEM照片进行微观分析.结果 水玻璃模数为1.2时抗压强度最大且导热系数较小;水玻璃掺量与抗压强度和导热系数成正比;增大液固质量比,试件抗压强度增大,导热系数减小.当水玻璃模数1.2,水玻璃掺量(以Na20计)3%,液固质量比为0.5时,无机矿物聚合物墙体材料对应较大的抗压强度和较低的导热系数.粉煤灰以30%取代矿渣和偏高岭土时,试件抗压强度与保温性能均良好.发泡剂可以明显提高试件的保温性能,发泡荆的适宜掺量为0.5%.结论 试件抗压强度均在MU30以上,且导热系数明显低于黏土砖,是一种承重且保温的新型墙体材料.     

500密度等级轻质陶粒混凝土的实验研究

为研制一种轻质、保温、节能等多功能的建筑墙体材料,着重研究了陶粒的粒径及掺量、粉煤灰用量、泡沫掺量等因素对轻质陶粒混凝土强度、容重以及导热系数等性能的影响.研究结果表明：掺入一定量的陶粒可以提升抗压强度,降低表观密度和坍落度;掺入一定量的粉煤灰可以提高混凝土抗压强度,对表观密度和坍落度影响较小;泡沫掺量对混凝土的抗压强度、表观密度、坍落度和导热系数影响较大.最终确定5～10 mm陶粒粒径,30%陶粒掺量,20%粉煤灰掺量和30%泡沫掺量为最佳配比,此时其抗压强度为3.7 MPa,坍落度为87 mm,表观密度为545 kg/m3,导热系数为0.106 W/（m·K）.     

夏热冬冷地区热桥对低层建筑能耗的影响

考虑土壤温度以及辐射换热对热桥能耗的影响,利用THERM建立二维稳态热桥传热模型,基于有限元法得出墙体的温度分布及热流密度,进而得出墙体的传热系数值。根据等效传热系数法将该传热系数作为墙体的平均传热系数代入Design Builder中计算建筑的冷、热负荷,与不考虑热桥时的建筑冷、热负荷进行对比得出热桥对建筑能耗的影响。以夏热冬冷地区4个典型城市南昌、成都、武汉、上海为例,分析了某二层居住建筑中热桥对低层建筑能耗的影响。模拟结果表明:夏季墙体平均传热系数增大27.02%～30.28%,建筑冷负荷增大3.36%～4.63%;冬季墙体平均传热系数增大20.81%～25.00%,建筑热负荷增大6.49%～7.76%。同一季节与城市下建筑负荷变化与墙体平均传热系数变化成正相关。相同变化量下土壤温度对墙体平均传热系数的影响大于室外空气温度。     

腹板开孔轻钢龙骨复合墙体传热性能试验

为进一步探讨优化轻钢龙骨复合墙体传热性能的有效途径,扩大其在我国寒冷地区的应用,采用热电偶测温方法进行了腹板开孔、带外保温层腹板开孔轻钢龙骨复合墙体传热性能的试验研究,重点考察了墙体的传热系数和测点温度,并与有限元建模分析所得墙体的平均传热系数和测点温度进行细致对比.结果表明:腹板开孔可以降低轻钢龙骨墙体的热损失,从而削弱龙骨所在部位的热桥效应,显著提高墙体的保温性能.两种试验方案的墙体传热系数分别为0.315W/(m2·K)、0.250W/(m2·K),可以满足我国寒冷地区居住建筑围护结构节能50%的传热系数限值要求.     

严寒地区被动房外墙传热系数

为了研究适用于我国严寒地区气候条件的被动房外墙传热系数,从我国严寒地区与德国气候条件的差异性入手,通过ISO和DIN等国际标准对4种不同环境下的外墙内表面热阻、热桥和发霉温度点等方面的理论进行全面介绍并分析. 运用Heat2热桥软件,计算德国被动房外墙设计标准使用在我国严寒地区气候条件时的外墙室内墙角温度. 将计算出的墙角温度与5种不同室内相对湿度环境下的发霉温度点进行对比分析. 计算结果表明,当内墙表面热阻为0.5和1.00（m²·K）/W时,墙角温度都低于发霉温度点以下. 基于我国气候条件,以发霉温度点为基准反向推导出5种不同室内相对湿度环境下的外墙传热系数,提出室内相对湿度为50%时的传热系数为适用于我国严寒地区被动房建筑的外墙传热系数.     

椭圆管外含不凝结气体自然对流凝结换热性能研究

特殊的换热管型有利于加快气液膜排泄及分离,使换热器的换热性能提高,达到节能的目的。在自然对流的情况下,基于双膜理论和边界层理论,在考虑气液界面热阻的情况下,建立了椭圆管外气、液膜厚度及传热系数的数学模型,利用C++软件进行编程得到不同初始参数、曲率下的气、液膜厚度、凝液量、气、液膜热阻、气液界面热阻和传热系数沿管壁的分布规律。研究结果表明:其他条件不变,传热系数随管壁温度的增大而增大,随混合气压力的增大而减小,随不凝结气含量的增大而减小;对于当量直径相同的椭圆管,其他条件不变,曲率越大,越易发生液膜分离,传热系数越大。管外存在不凝结气体时,气膜热阻液膜热阻》气液界面热阻。计算结果与文献基本相符,能够较好的反映实际,为强化换热提供一定理论指导。     

水蓄能床与相变蓄能床的性能对比及模拟优化

针对传统供暖方式污染环境、不节能、不安全等弊端,设计了一种新型蓄能床,蓄能介质为高比热的水和拥有潜热的相变材料.通过供水温度35℃、40℃和45℃3组实验测量的床面温度和散热量,来比较水蓄能床和相变蓄能床的热工性能.结果表明:40℃为最佳供水温度,该温度下水储能和相变储能的床面平均温度分别为35.3℃和32.9℃,均在人体可适应温度29~37℃范围内,但结合人体舒适温度为30~35℃的特点相变储能明显优于水储能.随供水温度的提高,床面升温速度加快,相变床升温变化更显著.白天水蓄能的床面温度比相变蓄能高2℃左右,但睡眠阶段相变蓄能热稳定更好.床面散热量两者相差不多,但夜间相变床存在恒温放热阶段.此外,通过模拟相变材料的加热融化过程,分析了管径、供热温度、管间距和相变材料导热系数对融化速率的影响,结果表明:以上4种因素对融化速率均有不同程度影响,减小管间距和增大导热系数可有效增大融化速率.     

SBS改性沥青的流变模型及其粘弹特性研究

采用材料流变特性测试与模型分析仪建立了SBS改性沥青的流变模型,研究了SBS掺量和温度对改性沥青流变模型及其粘弹特性的影响,并探讨了改性沥青的显微结构与流变模型的关联性。结果表明,在20℃时,3%和5%掺量SBS改性沥青的流变模型均为Burgers模型,7%和9%掺量SBS改性沥青的流变模型则为五元件模型;升温至60℃时,3%和7%掺量SBS改性沥青分别可用Maxwell和Burgers模型表征。在20℃时不同掺量SBS改性沥青均具有瞬时弹性变形和推迟弹性变形,而升温至60℃,3%掺量SBS改性沥青推迟弹性变形已消失;瞬时弹性变形和推迟弹性变形均随温度升高而增大;20℃时,3%和5%掺量SBS改性沥青会产生粘性变形,升温至60℃时,7%掺量SBS改性沥青也有粘性变形产生,但9%掺量SBS改性沥青均无粘性变形发生。荧光显微镜观察表明,随SBS掺量的增加,改性沥青的显微结构从沥青为连续相的"海岛"结构逐渐转变为SBS为连续相的网络结构,改性沥青显微结构的变化与其流变模型有很好的对应关系。     

相变墙体与夜间通风改善轻质建筑室内热环境

将自制复合有机相变材料,与EPS保温材料相粘和,制作成轻质建筑用墙体材料,结合夜间通风技术,在重庆地区进行了含相变材料层和不含相变材料层轻质房间的室内热环境对比实验,以分析相变材料用量、相变温度及相变墙体结构等因素对相变墙体的蓄热、放热性能及对室内热环境的影响。实验结果表明：相变材料应用于轻质房间,能显著增强围护结构的热惰性,提高室内的热舒适性,采取夜间通风技术,可以有效地将日间蓄积的热量散至室外;含相变墙体材料房间与普通房间相比较,室内温度最高降低11℃左右,节能效果显著;室内平均温度符合《野营住房空间与环境参数限值》（GJB4306-2002）中6．2条规定的3级要求;相变材料用量及相变温度对室内温度的控制效果较为明显,采用不同的相变温度,并将相变墙体房间相变材料用量提高1倍,两轻质房间室内温差最大值从3℃增大至11℃左右;进行相变墙体结构设计时,采取不同相变温度的材料搭配使用可以大幅提高其使用效果。     

复合墙体中相变层相对导热系数计算方法

目前相变材料已初步进入工程应用阶段,由于传热过程受比热、导热系数变化及相变作用的影响,相变材料不能像普通材料一样利用导热系数进行材料比选,其热工设计指标的选择具有一定的困难.为此,提出相对导热系数作为相变材料比选的热物性指标,并给出相应的计算方法用以指导相变墙体的热工设计.在一定环境条件下与定物性材料导热能力相同的导热系数定义为相变应用周期内相变材料的相对导热系数.根据此方法计算得到中国不同地区复合墙体相变层的相对导热系数,通过该参数直观地反映出相变材料层全年的动态传热特性,从而对相变材料在不同地区建筑中的应用效果进行评估.通过将不同相变层的相对导热系数进行对比,得出不同相变材料在建筑中的应用效果差异较大.本文提出的相对导热系数能够为不同环境条件下相变材料的优选进行有效指导.     

热阻沥青混合料薄层罩面阻热性能研究

为了研究热阻沥青混合料薄层罩面的阻热作用,以低导热系数的陶粒替换普通石料设计SMA10热阻薄层罩面,采集混合料不同层位的温度,分析热阻薄层罩面对沥青混合料内部温度的影响,并从传热学角度对热阻薄层罩面的作用机理进行分析。研究结果表明:陶粒热阻罩面层可显著降低路面内部温度,陶粒掺量为0%、20%、40%、70%时,沥青混合料2cm层位处最大降温幅度分别为:2.7℃、7.5℃、8.4℃、21.6℃;8cm层位处最大降温幅度分别为:8.3℃、14.2℃、17.4℃、25.8℃。在密闭环境中,陶粒掺量过多在降低结构层内部温度的同时会引起表面层温度升高。因此,为了取得更好的降温效果,文中推荐热阻材料掺量为40%左右的薄层罩面。