相变储能围护结构在建筑节能中的应用CSCD

相变材料具有高效的能量储存功能。相变材料与建材基体结合,制成一种具有储热功能的围护结构。该围护结构可发挥相变储热功能,降低建筑室内温度波动,增强建筑热舒适度,能够更加有效地减少建筑物运行能耗,从而实现建筑节能。本文对当前现有相变材料的优缺点、相变材料在不同围护结构中的应用、相变储能围护结构对室内热环境的影响及对建筑运行能耗的影响、相变储能围护结构应用的经济性等方面进行了分析,提出相变储能围护结构在工程应用中所存在的不足及其发展前景。     

严寒地区单体建筑太阳能-相变墙系统蓄热特性研究

利用太阳能对水加热并通入相变墙进行蓄热,对减少严寒地区单体建筑供热能耗有重要意义。以大庆市某单体建筑为例,结合该地区太阳能分布特点及建筑热负荷大小,对适用于该地区的太阳能-相变墙系统进行集热与储热能力计算,并采用CFD方法研究单一工况下该系统的热工变化规律及不同热水参数、换热管规格对相变墙蓄热特性的影响。结果表明：该相变墙热稳定性良好,但受自然对流影响,底部相变材料熔化较慢;管径DN25、入口流速0.3m/s、供水温度310.15K、回水温度309.15K、管间距107mm可使相变材料在4小时内完成蓄热,平均节能率为31.8%。研究结果可望为降低严寒地区建筑供热能耗提供新思路。     

Application of energy storage enclosure with phase change materials in building energy saving

相变材料具有高效的能量储存功能。相变材料与建材基体结合,制成一种具有储热功能的围护结构。该围护结构可发挥相变储热功能,降低建筑室内温度波动,增强建筑热舒适度,能够更加有效地减少建筑物运行能耗,从而实现建筑节能。本文对当前现有相变材料的优缺点、相变材料在不同围护结构中的应用、相变储能围护结构对室内热环境的影响及对建筑运行能耗的影响、相变储能围护结构应用的经济性等方面进行了分析,提出相变储能围护结构在工程应用中所存在的不足及其发展前景。     

相变材料蓄热系数的计算方法

为解决现有围护结构热性能评价方法无法适用于复合相变围护结构的问题,应用因次分析法和仿真模拟法,分析相变材料蓄热系数与其热物性的关系,进一步构建相变材料蓄热系数的计算方法。研究结果表明,相变材料的蓄热系数与其密度、导热系数、有效比热容的二次幂成正比关系;所研发的相变材料蓄热系数为16.20 W/(m~2·K),分别为夯实土壤、砌块砖和聚苯乙烯板的1.24倍、1.54倍和45倍。因此,在围护结构中添加相变材料可改善围护结构的热稳定性。研究结果可为相变材料在建筑中的高效应用与科学评价提供方法参考。     

围护结构蓄热性能对建筑负荷的影响分析

提高建筑围护结构的热工性能并充分利用自然气候资源可有效降低建筑能耗,该文探究建筑围护结构蓄热性能对建筑负荷的影响。选取2组外墙保温性能相同但蓄热性能不同的建筑,对比验证建筑室内温度的实测与模拟结果,采用EnergyPlus软件模拟分析3种不同蓄热级别建筑外墙的内表面温度、热流密度和建筑冷热负荷,并结合夏季夜间通风探究通风量对建筑冷负荷的影响。结果表明:实测结果与模拟结果吻合较好;对于西安地区,在围护结构保温性能相同的情况下,重质结构外墙的内表面温度冬季较高,夏季较低,冬季热负荷较大,夏季冷负荷较小;建筑夜间通风适宜换气次数为15 ach,且对重质建筑的冷负荷影响较为显著。     

选取不同墙体材料时建筑房间内导热辐射与自然对流耦合换热问题的研究

对采用几种典型墙体材料时,建筑房间导热、辐射与自然对流耦合换热问题进行数值研究.计算采用SIMPLE算法、QUICK差分格式.计算结果表明,当室外环境相同时,分别采用灰砂砖砌体、空心砖砌体、聚苯板作为墙体材料,对室内温度及墙体内表面温度影响不同.选择聚苯板作为建筑围护结构的保温材料相对较好.昼夜温差较大的地区,可利用相变材料的蓄热性能,减小房间内的温度波动,提高热舒适度.对于建筑来说,利用墙体蓄热,将白天太阳辐射的一部分热量储存起来,到了夜间再释放出来,可降低白天的空调冷量,达到节能和环保的目的.     

围护结构热质耦合传递对室内环境的影响

对新建建筑的综合热质耦合传递进行了模拟,建立了围护结构和室内空气的综合热质耦合传递方程。分析了围护结构的热质耦合传递在不同的通风率条件下对室内相对湿度和呼吸舒适度不满意率的影响。模拟结果表明:新建建筑室内通风率为零时,围护结构的热质耦合传递对室内湿环境的影响较大,会明显降低呼吸舒适度;通风率越高,对室内相对湿度的影响越低,呼吸舒适度越高。从全年的对比中可明显看出冬季的室内空气呼吸舒适度明显高于夏季,人们更易接受低温低相对湿度(低焓)环境。     

夏热冬冷地区变墙体适用性模拟分析

外保温围护结构是我国目前实现"建筑节能规范"要求的主要措施,而相变围护结构因其蓄热量大、温度波动小等优点近年来得到广泛的研究。尤其需要针对性的研究在具体地区和气候条件下节能效果最好、最舒适的围护结构。针对夏热冬冷地区,通过对比围护结构相变材料层和保温层对围护结构能耗及内表面温度的影响,分析相变围护结构在夏热冬冷地区—湖南长沙的适用性。模拟结果表明:在长沙夏季典型气象条件下,更适合使用外保温围护结构。     

建筑形式对太阳能热利用的影响研究

以上海地区的住宅建筑为研究对象,通过模拟分析的方法,采用DeST软件计算确定建筑逐时的采暖、空调能耗,研究分析窗墙比对建筑全年采暖能耗、全年空调能耗以及全年采暖、空调总能耗的影响规律,研究分析太阳辐射热增加所导致采暖能耗的降低幅度与外围护结构保温性能两者之间的定量关系。计算结果表示在夏季外窗遮阳和夜间通风的条件下,加大南向窗墙比可增强太阳能的热利用效率,降低建筑全年的采暖、空调总能耗;而外围护结构保温性能的增强则可降低室内向室外散热的程度,相应提高对冬季太阳辐射的热利用程度,从而达到降低采暖能耗的目的。     

严寒地区近零能耗建筑围护结构热湿传递对室内舒适性影响的研究

近零能耗建筑围护结构是复合多孔介质,研究水分透过墙体对建筑物内部环境的影响机理.以沈阳市某近零能耗建筑为例,采用WUFI-Plus软件对建筑内环境参数进行模拟,比较了考虑热湿传递与不考虑热湿传递对该建筑室内舒适性的影响.结果表明:建筑围护结构的热湿传递作用对室内相对湿度情况影响明显,应在空调设备、系统选型和环境预测分析...     

相变蓄热供热装置热性能试验研究与系统经济性分析

为分析相变蓄热装置在充热和放热过程中的热性能,设计并搭建一套相变蓄热供热装置中试实验系统,研究主要运行参数对相变蓄热装置热性能的影响;在此基础上,结合项目案例,对相变蓄热供热系统经济性进行分析。结果表明：相变材料(Phase Change Material, PCM)凝固过程中的传热主要受相变介质内部导热控制;而在其熔化过程中自然对流对传热起重要控制作用;蓄热装置充热速率快于放热速率。提高传热流体流量有助于增强PCM中的热传递,缩短充/放热时间,但蓄热装置内PCM温度分布均匀性有所降低;为降低系统能耗,提高储放热效率,优先选用小流量进行充/放热。该相变蓄热供热项目的动态投资回收期为3.55年,具有良好的经济性。研究结果可对相变蓄热供热系统的设计及应用推广提供参考依据。     

室内通风气流组织模拟及评价——以某办公建筑为例

建筑能耗是社会总能耗的主要部分,空调采暖能耗又是建筑能耗大户,因此节约空调采暖的能源消耗是建筑节能的重要手段,而使用被动式自然通风,利用可再生能源,最大限度减少主动式采暖与制冷设备的运行,是减少空调采暖能耗的一种重要方式。选取一栋位于寒冷地区的办公建筑,为优化建筑室内的通风效果,利用软件模拟分析室内通风气流组织,以获得最大的通风节能效果。     

新建建筑围护结构的热质耦合传递对建筑负荷的影响Ⅰ：冬季热负荷

对于节能建筑,围护结构保温性能优劣是影响其能耗的重要标准.以哈尔滨地区为例,通过对新建建筑围护结构热质耦合传递的模拟结果,对比分析了严寒地区典型新建建筑不同设置的多层围护结构在最初四年内热质耦合传递对围护结构墙体热负荷的影响.分析结果表明:围护结构保温层内表面安装隔汽层能有效缓解保温层受潮,对降低能耗较为有利,围护结构外表面粘贴釉面砖时对能耗影响最大,但若降低保温层初始含湿量会降低其影响.     

太阳能热泵相变蓄热供暖系统参数影响研究

针对寒冷地区的气候特点及建筑负荷特点,提出利用相变蓄热的太阳能热泵系统,介绍该系统的运行原理,建立系统各部分的数学模型,针对哈尔滨地区(45.8°N,126.8°E)的气象条件,编制系统动态运行模拟程序,研究太阳集热器面积及相变蓄热水箱参数对整个系统运行性能的影响。研究结果表明,当设计热负荷为10 k W时,系统所需太阳集热器面积约为60 m2,对应相变蓄热水箱中相变材料最佳质量分数约为70%,相变材料封装尺寸减小有助于提高太阳能集热量,且该效果在供暖初期和末期更为显著。     

Preparation and characterization of building mortar with lauric acid-stearic acid/expanded vermiculite composite phase change material

以改性膨胀蛭石为吸附材料,以月桂酸和硬脂酸为相变材料,通过熔融共混法与真空吸附法制备定型复合相变材料,然后将其掺入砂浆中制备得到蓄热砂浆。结果表明：复合相变材料经过1000次循环后相变焓为167.6 kJ/kg,变化率仅为3.6%,热稳定性良好,无渗漏现象,掺入30%体积含量复合相变材料的砂浆28 d强度为9.2 MPa。掺有该定型相变材料的蓄热砂浆具有优异的热力学性能,完全可以应用于建筑物围护结构来调节室内温度。     

组合式相变材料蓄热系统中相变温度分布研究

建立了组合式相变材料蓄热系统物理模型，在忽略显热的假设条件下研究了相变温度呈线性分布的组合式相变材料蓄热系统传热特性，得出了最优线性相变温度分布，并采用考虑显热的数值计算（有限差分法）证实了理论分析得出的最优相变温度与实际相变温度分布几乎相同。     

应用于日光温室墙体的相变材料热物性优化研究

建立日光温室计算传热模型,以室内空气温度和墙体内表面温度为指标,通过实验方法验证了所建立的传热模型准确性,最后分析相变材料相变温度、相变焓、导热系数、密度等热物性对室内最低温度和相变蓄热率的影响规律,确定被动式相变蓄热墙体和主-被动式相变蓄热墙体的最佳相变材料热物性,阐明了实际应用时相变材料选择原则。研究结果表明,所建立的日光温室传热模型具有较高准确性,可用于日光温室墙体相变材料热物性优化;主-被动式相变蓄热墙体最佳相变材料的相变温度为27 ℃,相变焓为200 kJ/kg,导热系数为0.35 W/（m·K）,密度为440 kg/m³,被动式相变蓄热墙体最佳相变材料的相变温度为26 ℃,相变焓为200 kJ/kg,导热系数为0.35 W/（m·K）,密度为792 kg/m³;最佳相变材料热物性应用时,2种墙体室内最低温度均可达到15.0 ℃,但是被动式相变蓄热墙体的相变蓄热率较主-被动式相变蓄热墙体减小29.5%。本研究可为相变材料在日光温室的高效利用提供参考。     

严寒地区农村住宅围护结构保温改造分析

严寒地区多数农村住宅建筑围护结构热损失严重,造成其采暖能耗增加,强化建筑围护结构的保温性是提高建筑采暖效率的方式之一。以位于严寒地区的安达市某传统农宅为研究对象,采用EnergyPlus对该住宅围护结构的保温性能进行研究,并分析了建筑能耗情况,获得了建筑墙体、玻璃、屋顶等围护结构部位采用保温后的节能效率。研究结果表明：安达地区节能效率较好的墙体和屋顶保温材料为XPS保温板、玻璃窗结构形式为6mm+12mm+6mmLow-E低辐射玻璃;传统农宅采用建筑保温材料后,其节能率可达72.0%,从而降低了农村住宅采暖能耗,并可维持室内良好的热环境。     

冬季太阳能相变蓄热通风墙热工性能的数值模拟

在建筑通风墙体中加入相变材料被认为是改善其冬季热工性能的有效方法。相变材料在墙体中可采用分块的方法进行宏观封装，此时材料在熔化过程中产生的自然对流现象十分显著，不能被忽略。该文使用开源计算流体力学框架OpenFOAM下开发的求解器针对被动式相变蓄热通风墙体的热工性能开展了数值研究，以准确模拟相关传热、流动、相变等物理过程。计算结果表明：相变材料蓄热墙能有效降低室内温度波动；相变材料内部的自然对流作用很大程度上影响着材料的熔化与凝固速度，因此材料封装时的长宽比以及分块方式应做出审慎选择。     

A numerical study on heat storage water tank containing phase change materials for air source heat pump systems

构建空气源热泵-相变蓄热水箱供暖系统,通过相变储能技术的合理应用,优化了太阳能、空气热能等非连续能源的供能方式,有效提高了建筑中可再生能源的利用率。相变蓄热系统采用了6 m³的保温水箱作为蓄热容器,选取46#石蜡为主要相变材料,304#不锈钢管为封装材料。建立蓄热系统的三维数学模型,采用有效热熔法对相变材料的焓值进行处理,运用Fluent数值模拟软件,研究相变蓄热系统的蓄放热性能。模拟结果显示,系统的蓄热时间为9.2 h,理想蓄热量为102.4 kW·h,能够单独提供低能耗建筑连续采暖11.1 h。空气源热泵-相变蓄热水箱供暖系统能实现大跨度的间歇供暖,在利用非连续能源供暖领域具有良好的前景。