相变材料热物性参数对相变窗动态传热特性的影响研究

为提高夏热冬冷地区相变玻璃窗的保温隔热性能,本文建立相变玻璃窗动态传热的数值模型,搭建了相变玻璃窗和中空玻璃窗动态传热特性对比实验装置。在夏季晴天和阴雨天条件下进行实验测量,结果表明:相变玻璃窗(MG29)在夏季气候条件下能起到良好的保温隔热作用和调节空调系统峰值负荷的作用,夏季晴天时,通过相变玻璃窗传入室内的热量相比于中空玻璃窗降低18.3%。在实验的基础上,通过数值模拟计算研究相变材料的物性参数对相变玻璃窗动态传热特性的影响。结果表明:随着相变材料相变潜热的增大,相变玻璃窗调节室内温度波动和调节空调系统峰值负荷的能力增强:适合于该地区相变玻璃窗中应用的相变材料的相变温度在25℃~31℃之间;为提高相变玻璃窗的保温隔热性能,应尽量减小相变材料的相变温度区间。     

相变储能墙体材料传热理论与应用研究综述

分析了相变材料的特点和相变墙体传热理论研究与应用现状,指出了相变墙体材料的研制方向.综述了相变传热的特点和求解方法.指出应通过建立传热理论模型,对不同构造相变墙体在我国不同气候地区的应用进行系统、深入的研究.     

低温热水有源相变墙体辐射供暖的模拟研究

针对低温地板辐射供暖系统应用中的问题,提出了低温热水有源相变墙体辐射供暖新系统,介绍了新系统工作原理及特点;基于相变墙体传热过程的分析,建立了相变墙体蓄、放热过程的传热模型,并应用FLUENT软件对某相变墙体连续4d的周期性蓄、放热特性进行了模拟计算。结果表明:在非对称相变墙体的周期性蓄、放热过程中,左、右两侧墙面的最高温度及最低温度分别为24.8、22.8、23.7、22.5℃,最大及最小热流密度分别为81、65、56、52 W/m2,为低温热水有源相变墙体辐射供暖技术的应用提供了理论基础。     

周期性热作用下相变材料内部相变传热特征实验研究

为了揭示周期性热作用下相变材料内部相变传热特征,为建筑外表相变隔热设计和计算提供支撑,本文设计制作了能模拟太阳运行、提供周期性加热的装置,并将正18烷封装于塑料圆桶容器中,使容器底部和侧面绝热,制作了测试试件.利用热电偶和巡检仪自动记录了周期性热作用下相变材料内部各层温度的变化.测试结果表明,在稳定周期性热作用下,材料内部相变传热特征主要可表述为:1)材料在非稳态周期性相变传热阶段,各层温度在达到相变温度点之前,温度变化明显;相界面会随着周期性加热次数的增加间断性地向内部扩展;温度平均值和振幅值向稳态周期性相变传热时的平均值和振幅值靠近.2)材料在稳态周期性相变传热阶段,内部各点温度也表现出与外界热作用等周期性变化,温度振幅从外到内依次减小.这与发生在固体中的周期性传热特性类似.但材料内温度变化呈现折转现象,在温度明显升高前出现等温滞后,在温度降低时会出现等温冷却.这与发生在固体中的传热现象有很大的区别.3)材料在稳定周期性热作用下,内部不会出现多个相界面共存现象.4)空气流速对相变材料中温度振幅和相界面移动速率都有较大影响,提高空气流速可以降低温度振幅和减慢相变进程.这意味着当相变材料用于建筑外表进行相变隔热时,可以通过组织自然通风减少其用量.     

自力式套管封装相变墙体排热系统及相变简化模型研究

建筑能耗日益增加,新型建筑节能技术越来越受到人们的重视。在建筑空调领域,提高建筑围护结构的热特性能够明显减少室内负荷,降低建筑能耗。本文提出了一种新型自力式套管封装相变排热节能墙体系统。该墙体系统充分利用夜间天空辐射冷却实现墙体内热量的自动转移。针对该墙体内嵌入的套管相变材料建立了4R2C热容热阻简化相变传热模型,并利用遗传算法对模型参数进行辨识。进一步搭建了套管相变材料的实验平台,并将模拟结果与实验结果进行对比。结果表明,4R2C简化相变模型能够准确的模拟套管相变材料的传热特性,内套管表面温度与热流平均误差分别为0.45℃和14.4%。简化相变模型能够很好与墙体热模型耦合,实现自力式套管封装相变墙体系统热特性与节能特性的集成模拟。     

建筑外皮相变隔热研究(Ⅱ)——建筑相变隔热设计原理与方法

本文首先说明了相变隔热设计中相变温度和相变材料用量的确定原理,而后详细阐述了相变温度和相变材料用量的确定方法,最后以厦门普通屋面为例,分析说明了相变隔热设计的具体应用。实例计算结果表明:1)利用相变材料对现有围护结构进行隔热,一般只需几mm的相变层厚度,其热阻可忽略不计,相变隔热设计可基于无相变层来考虑;2)相变材料及其用量的确定与室内外热作用、围护结构构造及相变层位置有关,需通过计算选定;3)室内侧热扰(如房间通风)对围护结构外表面温度及热流影响很小,当相变材料拟置于建筑外表面时,相变温度及相变材料用量的确定可仅基于室外侧热扰考虑,相变隔热设计相对简单。     

相变蓄热构件传热强化及其对轻质墙体蓄热性能提升研究

本文提出一种与轻质墙体内侧结合、增强其蓄热性能的相变蓄热构件。利用多物理场耦合的有限元软件COMSOL建立复合墙体的数值计算模型并验证其准确性,以相变蓄热构件内相变材料的完全熔化时间和构件表面温差作为评价依据,分析构件内部不同参数肋片的强化传热机理并优选出最佳肋片参数;以深圳地区为例,从相变材料的用量和相变温度对相变蓄热构件的使用效果进行优化,比较了肋片在相变蓄热构件提升2种轻质墙体蓄热性能上的差异。结果表明,长而薄的肋片在适宜的肋片间距下能够提升石蜡温度场和流场变化的协同性,增强传热速率;在不影响复合墙体对室外热扰延迟时间的前提下,肋片的添加使加气混凝土复合墙体的显热蓄热和放热时长分别缩短了44.8%和26.3%,聚苯板复合墙体的显热蓄热和放热时长分别缩短了20.8%和52.9%,肋片对聚苯板复合墙体的有效蓄热量和蓄热能力的提升效果较好。本文的研究结果能够为相变蓄热构件的设计和应用提供参考依据。     

相变墙体的热性能及传热数值模拟研究进展

本文介绍了测量和提高相变材料热物性的常用方法,简述了相变材料层不同位置以及室外气候条件对相变墙体热工性能影响的研究现状,分析了复合相变材料对墙体热工性能影响和经济性研究,对相变墙体传热数值模拟方法和常用数值模拟软件的研究进行综述,总结了相变墙体研究中所存在的问题。     

复合相变材料建筑墙体保温性能试验及研究

由相变材料和保温隔热材料制备的建筑墙体,不仅可降低采暖能耗,还可减少室内温度波动,提高舒适度。利用软件对复合相变材料建筑墙体传热过程进行数值研究,分析相变材料融化过程和凝固过程的物性参数变化,并将数值模拟结果与测验测量值进行对比。得出相变材料掺量、相变墙板位置对墙体内壁温度变化的影响。研究结果表明,当粉煤灰复合相变材料墙板厚度为6mm且相变墙板内置时,保温效果最好。     

空气层厚度及送风量对相变特朗勃墙性能的影响

关注华东地区的冬季寒冷气候条件下，相变特朗勃墙体的传热蓄热特性。以济南地区为例，建立相变特朗勃墙体流动及传热数学模型，并利用有限元方法进行求解。通过分析空气层厚度以及空气层入口处送风量的变化探究其对特朗勃相变墙体传热及蓄热性能的影响。数值结果表明，与传统特朗勃墙体相比，改变墙体内部的空气层厚度可使送风速度及温度的均匀度发生变化，空气通道的厚度为100 mm时室内送风温度最高。送风量的变化影响空气的分布均匀性及空气与周围墙体的对流换热，送风量为35 m³/(m²h)时温度分布均匀且室内获得热量最大。     

Performance of phase change material boards under natural convection

The high thermal storage capacity of phase change material (PCM) can reduce energy consumption in buildings through energy storage and release when combined with renewable energy sources, night cooling, etc. PCM boards can be used to absorb heat gains during daytime and release heat at night. In this paper, the thermal performance of an environmental chamber fitted with phase change material boards has been investigated. During a full-cycle experiment, i.e. charging–releasing cycle, the PCM boards on a wall can reduce the interior wall surface temperature during the charging process, whereas the PCM wall surface temperature is higher than that of the other walls during the heat releasing process. It is found that the heat flux density of the PCM wall in the melting zone is almost twice as large as that of ordinary wall. Also, the heat-insulation performance of a PCM wall is better than that of an ordinary wall during the charging process, while during the heat discharging process, the PCM wall releases more heat energy. The convective heat transfer coefficient of PCM wall surface calculated using equations for a normal wall material produces an underestimation of this coefficient. The high convective heat transfer coefficient for a PCM wall is due to the increased energy exchange between the wall and indoor air.     

相变材料应用于外墙表面隔热的研究

根据表面隔热机理,通过对普通外墙的理论计算分析,设计了新型的相变墙体。相变材料应用于外墙体外表面,夏季能有效的改善建筑物的外表面热环境,降低传入室内的热量,缓解室内空调冷负荷。同时,提出隔热相变材料的相变温度、掺量在不同气候环境下的选择方法。     

相变热回收式通风装置的研发及性能测试研究

随着建筑节能标准的提高,建筑外窗气密性要求不断提高。靠门窗渗透的自然通风量已不能满足室内空气质量的要求。采用机械通风的方式引入新风也存在着通风量的大小及通风模式会影响建筑节能的问题。为此,将相变蓄能技术应用于民用建筑的机械通风系统,研发出一种相变热回收式通风装置,以更好地解决室内空气质量和节能问题。所研发装置利用相变材料的蓄、放热性能,通过交替运行的通风模式,以及通风装置的不断循环,实现无管道式的相变热回收式建筑通风系统。主要采用实验研究的方法,在人工气候室内对研发样机进行了2个蓄、放热周期(4种工况)的测试研究。结果表明,相变热回收式通风装置的进口温度恒定、出口温度随时间不断变化,不同时间阶段呈现不同的变化趋势。第一时间阶段,即初始阶段,出口温度随时间变化剧烈,表明相变蓄能装置进入相变阶段,相变潜热量不断增大。第二时间阶段,即相变阶段,出口温度随时间呈线性变化,表明相变蓄能装置温度恒定,与空气流体发生稳定的相变传热。第三时间阶段,即完成阶段,出口温度变化小,基本接近进口温度,表明相变蓄能装置相变结束。从相变传热机理进行分析,固-液相变传热过程主要包括液态显热蓄(放)热、相变潜热蓄(放)热和固态显热(蓄)放热3个阶段,实验过程中出口温度随时间变化呈现出的几个时间阶段的不同规律,与相变传热机理有关联且相互对应。相变热回收式通风装置的风量恒定、不同进口温度工况下的对比数据表明,进口温度与相变温度的温差越大,初始阶段的出口温度变化越剧烈,相变阶段的出口温度线性变化率越大,且蓄、放热效率越高。进口温度与相变温度的温差约17℃时,蓄、放热效率分别达到56.2%(蓄)、50.8%(放)。     

相变通风屋顶的供热节能优化设计研究

提出太阳能相变屋顶系统(主要由太阳能空气集热系统、相变通风屋顶组成),将两种相变材料(PCM1、PCM2,PCM1用于供冷期蓄冷,相变温度在35℃左右。PCM2用于供暖期蓄热,相变温度在18℃左右)及风道(预制在钢筋混凝土板内,供冷期利用夜间低温空气冷却屋顶与PCM1,供暖期利用太阳能空气集热器出口热空气加热屋顶与PCM2)预制在屋顶内,形成相变通风屋顶(由上至下的基本结构为保护层、防水层、找坡层、保温层、找平层、PCM1、钢筋混凝土板),实现供冷期夜间蓄冷日间吸热、供暖期日间蓄热夜间放热。针对供暖工况,采用模拟方法,结合评价指标,对相变通风屋顶中相变材料(由于供暖工况PCM1不发生相变,因此研究对象为相变材料PCM2)的相变温度、结构(即相变材料位置)、相变材料厚度进行优化选取。A型相变通风屋顶将PCM2设置在PCM1与钢筋混凝土板之间,B型相变通风屋顶将PCM2设置在钢筋混凝土板下面,C型相变通风屋顶将PCM2设置在预制风道外圈。PCM2的最佳相变温度为18~20℃,最优结构为B型相变通风屋顶,PCM2最佳厚度为30 mm。与无相变通风屋顶(将B型相变通风屋顶中的30 mm厚PCM2相变材料替换成相同厚度的水泥砂浆,保留预制风道,其他各层材料及厚度均保持不变)相比,最佳相变通风屋顶(PCM2相变温度为18~20℃、厚度为30 mm的B型相变通风屋顶)的各项评价指标均更优。     

定形相变墙体传热性能和力学性能的实验研究

利用液体石蜡-46#石蜡、液体石蜡—月桂酸和癸酸—肉豆蔻酸3种相变材料混合物分别与高密度聚乙烯混合制备定形相变材料.通过直接混合法把定形相变材料加入水泥砂浆制备定形相变墙体.实验研究了相变墙体和普通墙体的传热性能和力学性能.实验结果显示:定形相变墙体表面温度和热流均低于普通墙体;热物性不同的相变材料随着墙体中含量的增加...     

Effects of wallboard design parameters on the thermal storage in buildings

The phase change material (PCM) could be added to the wallboard to increase the thermal mass to decrease in indoor temperature fluctuation and improve thermal comfort. In this study, experimentally validated simulation was performed to investigate the effects of various parameters of PCM including the nominal average phase change temperature, its range, the convective heat transfer coefficients and the wallboard thickness on the thermal storage performance of the wallboard such as the thermal energy storage and the time shift.It was found that the average phase change temperature should be close to the average room temperature to maximize the thermal heat storage in the wallboards. The phase change temperature should be narrow to maximize the thermal heat storage in the PCM wallboards. The thermal heat storage increased with the convective heat transfer coefficient, and the optimal average phase change temperature to maximize the storage shifted a bit to a higher temperature with it. The time shift was found to decrease with the convective heat transfer coefficient and the phase change temperature range.     

Impact of phase change wall room on indoor thermal environment in winter

Through combining gypsum boards with phase change materials (PCM), the compound phase change wallboards are formed. The transition temperature and latent heat of these phase change wallboards are tested by differential scanning calorimetry (DSC). The results indicate that these phase change wallboards can be applied in buildings to save energy cost and electric power. Then, the thermal properties of phase change wallboards are analyzed. The phase change wall room and the ordinary wall room are experimented and compared under the climatic conditions in winter in the northeast of China. The impact on the indoor temperature, surface temperature of wallboards and thermal flow through wall are achieved. Finally, it can be got that the phase change wallboards can improve indoor thermal environment.     

基于Ansys的相变墙体传热特性计算分析

基于Ansys软件建立数学模型,计算分析了不同厚度相变储能材料、不同相变墙体结构的传热特性.计算结果表明,相变储能材料越厚,相变墙体内层与室内环境界面温度随外界温度变化幅度越小,能够有效降低室内空调设备的能耗;相变储能材料厚度一定时,不同结构的相变墙体从节能降耗角度差别不大:相变储能材料位于墙体中心位置时节能效果较好.     

太阳能通风结合相变墙在苏北沿海的应用研究

结合苏北沿海地区的气候特点,通过对苏北沿海代表性城市盐城地区的室外温度、太阳光线强度等外部环境展开分析,选择相变温度以及潜热较为合理的相变材料展开实验,从而了解太阳能烟囱以及相变蓄热墙在改变室内热环境和针对负荷所表现出的削峰移峰2个方面影响作用。实验结果显示,在盐城同样的室外温度环境下,采用相变墙的房间具有明显的隔热保温作用,有效提升了室内环境的舒适度。充分说明,相变房温度条件得到了改善,房间给人更高的舒适感,降低了空调负荷,达到了节约能源的目的。     

相变材料在建筑中的应用

相变材料是一种高效的贮热物质。在一定的温度下，它发生相变，并伴随着吸热、放热。根据相变材料化学成分、相变过程形态和相变温度，相变材料可以分为不同的种类。相变材料结合微胶囊技术制造的相变材料微胶囊具有导热系数好，易于与建筑材料结合，经济等优点。本文介绍了相变材料在墙体、混凝土制品、地板中的应用，以达到节能和室内舒适的目的，并指出了今后还需要进一步研究的一些问题。