相变墙体在建筑中的应用研究

利用相变储能建筑材料,可以减小室内温度波动,提高热舒适度,并在一定程度上降低了建筑采暖空调能耗,提高了能源利用效率。本文应用ENERGYPLUS软件对采用相变材料作为墙体的某交通建筑的热舒适性进行数值模拟。研究在不同地区交通建筑墙体和柱子中加入相变材料后,对室内热舒适性的影响。并通过改变相变墙体层的结构、厚度和相变温度,分析不同的参数值对于室内能耗的影响。通过分析和比较,得出如何在不同地区的交通建筑中合理有效的利用相变材料,以促进建筑节能和节资。     

相变混凝土空心砌块传热性能实验研究

以填充相变材料的混凝土空心砌块为对象,采用热箱法对其在夏季气候条件下的传热性能进行实验研究。研究发现,相变材料填充在室内侧比填充在室外侧的效果要好,室内平均温度波幅降低10.0%,室内平均温度降低23.7%,室内平均热流降低12.4%。相变墙体对室内温度和热流衰减与室外环境温度波振幅和室外平均温度有关。室外温度波幅越大、室外平均温度与相变材料的相变温度越接近,相变材料对室内温度和热流的衰减越明显。可以根据不同地区的不同气候温度选择对应相变温度的相变材料,以达到更好的节能效果。     

相变蓄能石膏板的性能研究及应用

选用微胶囊相变材料与石膏胶凝材料直接混合的方法,通过对现有的普通纸面石膏板生产工艺进行改进,实现相变蓄能纸面石膏板的规模化生产.对生产的相变蓄能纸面石膏板物理性能和热参数测试及使用效果的模拟测试表明,该产品作为建筑内墙材料时可将室内温度波动控制在较窄的范围内,能增加居住环境的热舒适性.     

脂肪酸分子合金相变材料的热稳定性

以癸酸/肉豆蔻酸分子合金为例,研究了脂肪酸分子合金作为相变材料的热稳定性.利用差示扫描量热技术(DSC)测定了经过56,112,200,400,710次热循环后相变材料的相变温度和相变热.加速热循环实验结果表明:随着热循环次数的增加,相变材料的相变温度和相变热的变化很小,具有很好的热稳定性.分析了利用脂肪酸类相变材料制作空调储能装置的应用效果,发现该装置在储、放能过程中,可使室内温度基本稳定在20℃左右,从而节约能源,减少用户电费支出,并显著降低建筑物室内温度波动,营造健康舒适的室内热环境.     

被动式蓄热相变墙体热工性能的研究

选用石蜡与液态石蜡的二元混合物作为相变材料,按不同比例复合在墙体中,制成被动式蓄热相变墙体.实验分析了不同比例相变材料复合相变墙体的传热性能和节能效果,并与普通墙体进行比较,优选出相变材料最适合的复合比例.结果显示:在加热阶段,不同比例相变材料制备的相变墙体表面温度和热流均小于普通墙体,且温度和热流变化平缓、波动小,存在延迟和衰减现象;在停止加热阶段,普通墙体的温度和热流很快下降,而相变墙体表面温度和热流下降较为缓慢.试验数据为相变墙体的实际应用提供基础和依据.     

毛细管与相变材料复合墙体性能实验研究

为了获得毛细管与相变材料复合墙体的蓄释能特性,建立了复合相变墙体实验模型,以空气源热泵与太阳能复合机组作为实验房间与实验模型的冷热源,研究了冬季工况下不同供水温度和蓄能时长对复合相变材料相变程度、室内侧墙体表面热流密度的影响。实验结果表明：当膨胀石墨的质量百分比为5%时,复合相变材料有较合适的导热系数,且潜热较大;当毛细管供水温度和蓄能时长分别为30℃、8 h和32℃、6 h时,复合相变材料在蓄热时相变完成,释能效果较好,平均热流密度分别为40.328 W/m²和39.221 W/m²。     

低温热水有源相变墙体的辐射供暖特性

在有源相变墙体二维数学模型基础上,对在不同的相变温度,相变潜热、相变层厚度及设计室温条件下的有源相变墙体辐射供暖特性进行了模拟计算,分析了各因素对低温热水有源相变墙体辐射供暖特性的影响。结果表明:随着相变温度增大,墙体表面平均温度和热流密度值随之增大,但波动幅度减小;相变潜热对墙体表面平均温度影响较小,而对墙体表面热流密度影响较大,且相变潜热越大,二者也随之增大;相变层厚度增加,墙体表面平均温度和表面热流密度逐渐减小;设计室温越高,墙体表面温度越高,而表面热流密度减小。     

全年工况下双层相变墙体的传热性能分析

基于ANSYS的热焓法模型,模拟了全年工况下双层相变墙体的传热过程。重点比较了全年工况下相变温度对室内热流峰谷衰减和室内壁面温度的影响,特别是对过渡季节的影响,确定了相变层的最佳相变温度组合。研究结果表明:冬季室内侧相变温度为16～18℃的相变材料对热流的峰谷衰减延迟作用最明显,夏季室外侧相变温度为28～30℃的相变材料对热流峰谷的衰减延迟作用最明显,春秋季室内侧相变温度为18-20℃的相变墙体室内更舒适。全年最佳相变温度组合为室内侧相变温度为18～20℃,室外侧相变温度为28～30℃。     

复合相变调湿材料对室内热湿环境影响的研究

由相变微胶囊与多孔调湿材料制备得到的复合相变调湿材料,兼具蓄热调热与湿缓冲双重效应,应用在建筑墙体构造中,能够同时调节室内空气温度、湿度,从而降低建筑能耗。本文首先基于热湿耦合传递理论,建立了能够计算包含相变过程的传热传湿模型——热湿耦合相变焓方法,并对其进行了检验验证;继而利用该方法,计算分析了复合相变调湿材料在两种典型气候条件下,建筑舒适性空调房间的应用效果。结果表明:材料能够有效减小室内温湿度波动;在干热、湿热气候区,可分别降低建筑能耗约28.8%、11.6%。     

低温热水辐射供暖相变墙板传热特性影响因素的研究

本文建立了添加相变材料的热水辐射供暖墙板的物理模型和数学模型,利用ANSYS软件对相变墙板在不同影响因素下的传热过程进行了数值模拟,并对热水辐射供暖相变墙板进行了优化设计.结果显示:室内空气温度对热水辐射供暖相变墙板散热特性的影响最为明显,但室内空气温度过高对相变墙板间歇供暖不利;在墙板中加入相变材料,可增加围护结构的热惰性,减小室温和热流的波动;热水辐射供暖相变墙板中的管间距不宜取的过大.研究结果可为热水辐射相变墙板供暖系统的优化提供参考和依据.     

南京地区复合相变混凝土砌块冬季应用效果研究

以南京地区冬季的室外空气综合温度为计算条件,利用FLUENT软件模拟分析了空心混凝土砌块、EPS外保温、复合相变混凝土砌块应用于南向外墙时对空调房间和非空调房间室内热环境的影响。研究结果表明:对于空调房间和非空调房间,相变石膏板内置时的利用效果均优于外置;对于空调房间,EPS外保温和内置相变温度为19℃的相变石膏板的复合相变混凝土砌块下的内壁面热流波幅分别较空心混凝土砌块减小73%、43%,而房间总散热量分别较空心混凝土砌块减小6%、45%;对于非空调房间,内置相变温度为15℃的相变石膏板的复合相变混凝土砌块下的室内空气平均温度分别较空心混凝土砌块和EPS外保温提高2.45℃和2.24℃,而温度波幅分别较空心混凝土砌块和EPS外保温减小82%和51%。     

相变石蜡掺量对水泥墙传热性能的影响

试验研究了不同掺量石蜡与水泥砂浆混合后制备的相变墙的热性能,并与普通水泥砂浆墙进行了对比.结果显示:相变墙表面温度低于普通墙,且温度变化平缓、波动小;通过相变墙的热流远小于普通墙,且变化平缓、波动小,热流产生延迟;石蜡掺量小于5%(质量分数)时,相变墙无石蜡渗透析出,即该掺量对其在墙体中的应用是可行的.试验结果为相变墙体的应用提供了参考和依据.     

轻质建筑中相变蓄能石膏板热性能研究

现代轻质建筑由于热惯性较小,室内温度昼夜波动较大。相变蓄能具有温度变化小、蓄能密度大的特点。将相变材料（PCM）掺入轻质建材中,制成相变蓄能建筑构件,可以有效增加建筑围护结构热惯性,提高室内热舒适度,节约采暖空调能耗。本文研究了相变蓄能石膏板在北京地区轻质建筑中的冬季使用效果,从相变温度、相变材料含量和相变石膏板厚度三个方面对相变蓄能石膏板的使用进行了优化,并比较了普通石膏板和混凝土隔墙的使用效果。研究表明相变蓄能石膏板能有效抑制室内温度波动,提高室内热舒适度。     

西安办公建筑相变蓄热通风技术的季节适宜性研究

以西安地区一栋典型办公建筑为例,运用EnergyPlus数值模拟软件研究了相变蓄热通风技术在过渡季节和炎热季节的应用情况。采用日累计降温幅度ΔT和降温潜力百分比J两个指标对其降温效果进行评价,分析了相变材料充分发挥相变潜能时室外干球温度的日气温特征,并基于ASHRAE 55热舒适模型评价了该技术对室内热环境的改善情况。结果表明:当室外干球温度最大值高于相变区间上限值3℃时,最低温度低于相变区间下限值3℃,且日平均温度处于相变区间范围内时,相变蓄热通风技术能够充分发挥相变蓄能作用;该技术在过渡季节的应用效果优于炎热季节,与夜间自然通风技术相比,该技术可使整个过渡季节室内空气温度降温幅度提高14%,室内操作温度满足ASHRAE 55标准的80%,可接受温度范围的小时数提高8%,而整个炎热季节室内空气温度降幅只提高5.6%,室内操作温度满足ASHRAE 55标准的80%,可接受温度范围的小时数仅提高1%。     

壳管式相变储能单元蓄热性能的数值模拟研究

以一种壳管式相变储能单元为研究对象,其中石蜡作为相变材料,水作为换热流体,综合考虑蓄热过程中的显热储能和潜热储能过程,通过Simulink集成了动态储能过程模型并对其进行求解,将模拟结果分别与文献的模拟和实验结果进行对比,表明显热储能过程模拟结果和模拟结果的出口温度平均误差为1.83%;潜热储能过程模拟结果和实验结果的出口温度和融化程度平均误差分别为:0.70%和3.66%。本文使用相变材料的出口温度、充能完成时间、液相百分比和储能速率作为研究系统的性能指标,并模拟仿真不同换热流体进口温度和质量流量对系统性能的影响,换热流体进口温度从75℃增加到90℃,充能完成时间减少了37.6%,储能速率平均增加了63.3%;质量流量从0.07 kg·min-1增加到0.22 kg·min-1,充能完成时间减少了27.5%,预热阶段储能速率随着质量流量的增加而增加,相变潜热蓄热阶段质量流量对储能速率的影响不是很明显,过热阶段储能速率随着质量流量的增加而减少。     

定形无机水合盐相变材料的制备及热物性研究

制备了以高吸水性树脂作为支撑材料和保水剂的定形无机水合盐相变材料,将其添加到预制的墙体材料中,采用多点式热流计测量墙体低温侧的热流和温度,并与普通墙体材料及没有支撑材料的相变墙体材料的传热性能进行对比。结果显示,添加定形相变材料的墙体传热性能稳定,蓄热性能好,提高了室内热舒适性,达到了良好的节能效果。研究结果证明了此种定形相变材料在墙体材料中应用具有可行性。     

建筑外表相变隔热研究(Ⅲ)——多重相变温度和材料用量确定的理论与方法

本文首先阐述了利用拉氏变换确定多重相变温度和材料用量的原理,而后导出了利用反应系数法计算多重相变温度和材料用量的方法,最后以厦门普通屋面为例,分析说明了该理论与方法的具体应用.实例分析结果表明:内、外侧热作用引起的围护结构中的温度和热流变动可分解为单侧热作用引起的变动值的迭加;单侧热作用引起的围护结构中的温度和热流变动可用反应系数法来计算,温度反应系数和热流反应系数可分别由式(12)和式(13)计算确定;多重相变温度和材料用量可分别按式(14)和式(17)计算确定;当多重相变材料用于建筑外表面隔热时,相变温度可基于室外综合温度日平均值来确定;利用多重相变材料进行建筑隔热一般只需几毫米的相变层厚度.     

相变材料蓄冷平板凝固传热的研究

采用精确解法与积分近似相结合的方法,对一种自制相变蓄冷材料充冷凝固过程的相变导热问题进行了求解。获得了该蓄冷介质在板式蓄冷器中凝固时的相界面移动速度,边界面热流密度随时间变化的规律,及不同工况下蓄冷板厚度与预测蓄冷时间的关系。计算结果与实验结果吻合较好。结果表明,边界面的热流密度随固相区厚度的增加而减小;预测蓄冷时间随冷媒流体温度的降低而减小,随平板厚度的增加而增加。     

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》(GJB 4306 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。     

相变石膏板在轻质装配式建筑中的应用与全年效果实测

相变蓄能建材可改善建筑热舒适、降低运行能耗。基于规模化生产的相变石膏板,搭建了轻质装配式实验建筑(河北涿州),并进行了全年多工况测试。结果表明:冬季可平均降低供暖耗电量0.59(kW·h)/d,节能率5.2%,特定空调间歇运行工况下节能率高达11.0%;夏季平均增大制冷耗电量0.30(kW·h)/d;过渡季可提升热舒适时长占比约15.6%,配合夜间通风可降低日间最高温度3.2℃,改善过热问题。当地气候下使用相变石膏板可改善室内热舒适,并降低全年空调运行能耗。为进一步提升相变蓄热应用效果,需考虑材料热物性、气象条件、主被动运行策略的系统优化。