石膏基相變材料復合墻體熱性能與節(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，人們對建筑室內熱環(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總量的比例也在逐步漸高，已經超過能源消費總量的1/4。建筑節(jié)能形勢嚴峻，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結構時會產生衰減和延遲效應。目前的建筑圍護結構普遍采用輕質、中質及中空墻體，這類墻體普遍具有較小的熱容

2、值，會減弱墻體對室外溫度波與熱流波的衰減和延遲效應;同時，國家為了從政策上調節(jié)電力消耗的不均衡性而實行了峰谷電價，這些因素使相變材料(PCM)蓄能墻體的應用研究成為近年來能源科學、材料科學和建筑節(jié)能領域一個重要的研究與發(fā)展方向。本文通過對PCM在建筑圍護結構中應用的分析，以期達到降低建筑能耗和提高室內環(huán)境舒適度的目的。本文采用理論計算與實驗研究相結合手段，探索分析了建筑空心砌塊墻體及復合PCM空心砌塊墻體的熱工性能優(yōu)化方案，并對復合PC

3、M空心砌塊墻體及屋頂在我國夏熱冬冷地區(qū)的氣候適應性與節(jié)能效果進行了分析。具體內容可總結如下:
　　本文提出了一種PCM瞬態(tài)非線性傳熱過程的試驗方法——變溫熱箱法。該試驗方法簡單、有效，不僅可用來對相變傳熱的計算模型進行全面地驗證與評價，還可以對含PCM的建筑材料及圍護結構熱過程進行測試分析。
　　建立了計算常物性材料及PCM傳熱過程的一維與二維焓法模型和有效熱容法模型，并用試驗數據驗證了模型計算結果的準確性。分析表明，將PC

4、M傳熱計算結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，在數值計算中提出將內節(jié)點網格中心劃在不同層材料之間的物性階躍面上的計算誤差，比將物性階躍面作為網格之間分界面的處理方式更小，提高了計算精度。
　　系統分析了邊界條件、砌塊材料熱物性參數以及砌塊內部結構配置等因素對空心砌塊墻體穩(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:減小砌塊材料熱導率＞增大砌塊材料體積熱容＞減小孔內材料當量熱導率＞增加砌塊厚度＞保持較小孔厚時增加孔排數;另外，建議砌塊孔厚不大于0.02m為宜。
　　針對PCM的特性提出了新的熱工性能評價指標:溫度衰減絕對量、PCM熔化過程利用率以及PCM凝固過程利用率。系統分析了復合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、砌塊材料熱導率＞PCM熱導率＞PCM所處的墻體厚度位置。同時，提出了空心砌塊墻體的優(yōu)化模型及復合PCM空心砌塊墻體的優(yōu)化模型。
　　通過對我國夏熱冬冷地區(qū)復合PCM空心砌塊圍護結構的氣候適應性及節(jié)能分析，得到結論:對于建筑東向、西向復合PCM空心砌塊外墻，所用PCM的潛熱應大于200000 J·kg-1、熱導率應處于0.5 W·m-1·K-1附近、相變溫度區(qū)間應為29.5℃～31.5℃;對于南向、北向外墻，所用PCM的潛熱應大于1