石膏基相變材料復(fù)合墻體熱性能與節(jié)能分析.pdf

1、隨著我國能耗的逐年上升，節(jié)約能源、提高能源利用效率已成為我國緩解能源緊張的戰(zhàn)略措施之一。隨著生活條件的不斷改善，人們對(duì)建筑室內(nèi)熱環(huán)境的要求也逐步提高;這使我國的建筑能耗急劇增加，其所占全國能源消費(fèi)總量的比例也在逐步漸高，已經(jīng)超過能源消費(fèi)總量的1/4。建筑節(jié)能形勢(shì)嚴(yán)峻，但其潛力也是巨大的。由于熱阻和熱容的作用，溫度波與熱流波在通過建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)產(chǎn)生衰減和延遲效應(yīng)。目前的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)普遍采用輕質(zhì)、中質(zhì)及中空墻體，這類墻體普遍具有較小的熱容

2、值，會(huì)減弱墻體對(duì)室外溫度波與熱流波的衰減和延遲效應(yīng);同時(shí)，國家為了從政策上調(diào)節(jié)電力消耗的不均衡性而實(shí)行了峰谷電價(jià)，這些因素使相變材料(PCM)蓄能墻體的應(yīng)用研究成為近年來能源科學(xué)、材料科學(xué)和建筑節(jié)能領(lǐng)域一個(gè)重要的研究與發(fā)展方向。本文通過對(duì)PCM在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的分析，以期達(dá)到降低建筑能耗和提高室內(nèi)環(huán)境舒適度的目的。本文采用理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合手段，探索分析了建筑空心砌塊墻體及復(fù)合PCM空心砌塊墻體的熱工性能優(yōu)化方案，并對(duì)復(fù)合PC

3、M空心砌塊墻體及屋頂在我國夏熱冬冷地區(qū)的氣候適應(yīng)性與節(jié)能效果進(jìn)行了分析。具體內(nèi)容可總結(jié)如下:
　　本文提出了一種PCM瞬態(tài)非線性傳熱過程的試驗(yàn)方法——變溫?zé)嵯浞?。該試?yàn)方法簡(jiǎn)單、有效，不僅可用來對(duì)相變傳熱的計(jì)算模型進(jìn)行全面地驗(yàn)證與評(píng)價(jià)，還可以對(duì)含PCM的建筑材料及圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱過程進(jìn)行測(cè)試分析。
　　建立了計(jì)算常物性材料及PCM傳熱過程的一維與二維焓法模型和有效熱容法模型，并用試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模型計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。分析表明，將PC

4、M傳熱計(jì)算結(jié)果的影響因素按影響程度由大到小排列為:熔化/凝固溫度區(qū)間是否重合＞相變溫度區(qū)間寬度的變化＞是否考慮相變過程的液相率。另外，在數(shù)值計(jì)算中提出將內(nèi)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格中心劃在不同層材料之間的物性階躍面上的計(jì)算誤差，比將物性階躍面作為網(wǎng)格之間分界面的處理方式更小，提高了計(jì)算精度。
　　系統(tǒng)分析了邊界條件、砌塊材料熱物性參數(shù)以及砌塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)配置等因素對(duì)空心砌塊墻體穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)熱工性能的影響。將有利于墻體熱工性能提升的因素按影響從大到小排列

5、依次為:減小砌塊材料熱導(dǎo)率＞增大砌塊材料體積熱容＞減小孔內(nèi)材料當(dāng)量熱導(dǎo)率＞增加砌塊厚度＞保持較小孔厚時(shí)增加孔排數(shù);另外，建議砌塊孔厚不大于0.02m為宜。
　　針對(duì)PCM的特性提出了新的熱工性能評(píng)價(jià)指標(biāo):溫度衰減絕對(duì)量、PCM熔化過程利用率以及PCM凝固過程利用率。系統(tǒng)分析了復(fù)合PCM空心砌塊墻體非穩(wěn)態(tài)熱工性能的影響因素。將主要影響因素按影響程度由大到小排列為:PCM總潛熱＞邊界溫度區(qū)間中心值、寬度與PCM相變溫度區(qū)間的匹配程度＞

6、砌塊材料熱導(dǎo)率＞PCM熱導(dǎo)率＞PCM所處的墻體厚度位置。同時(shí)，提出了空心砌塊墻體的優(yōu)化模型及復(fù)合PCM空心砌塊墻體的優(yōu)化模型。
　　通過對(duì)我國夏熱冬冷地區(qū)復(fù)合PCM空心砌塊圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣候適應(yīng)性及節(jié)能分析，得到結(jié)論:對(duì)于建筑東向、西向復(fù)合PCM空心砌塊外墻，所用PCM的潛熱應(yīng)大于200000 J·kg-1、熱導(dǎo)率應(yīng)處于0.5 W·m-1·K-1附近、相變溫度區(qū)間應(yīng)為29.5℃～31.5℃;對(duì)于南向、北向外墻，所用PCM的潛熱應(yīng)大于1