太阳能光谱特性作用下内嵌半透明相变材料层玻璃幕墙光热传输特性研究

Thermal radiation characteristics of semitransparent phase change materials are the basis of analysis photothermal transfer of glass curtain walls included semitransparent phase change material layer. According to the key basic scientific problems of solar utilization of glass curtain walls included semitransparent phase change material layer, adopted the combining method of experimental study and numerical simulation, recognized the principle of thermal radiation characteristics of semitransparent phase change materials,quantitatively analyzed the influence mechanism of the photothermal transfer process of phase change material, the influence mechanism and controlling law of solar utilization with photothermal transfer process mechanism and thermal radiative characteristics of phase change material in cold area with solar spectrum characteristics.Research contents are mainly including: 1.measurement of thermal radiation characteristics of phase change materials including water and paraffins; 2.analysis of influence mechanism of photothermal transfer of phase change material with heat transfer mechanism and thermal radiation characteristics; 3.analysis of influence mechanism of photothermal transfer in glass curtain walls included semitransparent phase change material layer. Based on the research of this project, recognized photothermal transfer characteristics and influence factors of glass curtain walls included semitransparent phase change material layer, explored thermal radiative characteristics of phase change materials and solar utilization of glass curtain walls included semitransparent phase change material layer.The study belongs to applied basic research,and it play an important role in building construction field and solar application. In theory,it involves the crossover of many subjects, such as architecture and entironment, heat transfer theory,fluid mechanics,and spectroscopy.

半透明相变材料热辐射特性是研究内嵌半透明相变材料层幕墙光热传输过程的基础。针对玻璃幕墙中太阳能利用技术的基础科学问题，采用实验研究与数值模拟结合的方法，从机理上认识半透明相变材料热辐射特性，定量分析热辐射特性对其光热输运的影响机制，探索与揭示太阳能光谱分布特性作用下半透明相变材料光热转换机理及热辐射特性对太阳能利用和调控的影响机制与规律。研究内容主要包括：1.水、石蜡等半透明相变材料热辐射特性测量研究；2.半透明相变材料热辐射特性对其光热输运过程的影响机制研究；3.内嵌半透明相变材料幕墙光热传输特性的影响机制与规律。通过项目研究，认识内嵌半透明相变材料幕墙光热传输特性及影响因素，掌握半透明相变材料热辐射特性、新型幕墙太阳能利用的影响机理。该项目属于应用基础研究，在利用太阳能建筑领域有重要的应用背景和发展需求。理论上，涉及建筑环境学、传热学、流体力学、光谱学等多个学科的交叉。

内嵌半透明相变材料层玻璃幕墙太阳能光热传输问题是一项跨学科交叉性研究课题，目前有关其研究多以传热学和传质学为基础，然而其在太阳能光热传输过程中涉及的一些基础科学问题尚未完全阐明。本课题采用传热传质学、流体力学、光学、电磁学等交叉学科理论和方法，开展内嵌半透明相变材料层玻璃幕墙光热传输机理研究，内容包括结合实验和数值方法获取水、石蜡等半透明材料的热辐射特性及其对幕墙光热传输过程影响机制、搭建内嵌相变材料玻璃围护结构光热传输实验装置和开展光热传输影响因素定性和定量研究等。通过研究充分认识相变材料热辐射特性对幕墙结构光热传输影响机制与效应，所得研究成果可为新型玻璃建筑围护结构节能技术创新提供理论支持。本项目经过3年基础攻关研究，取得了一些创新性成果，包括：1. 在热辐射特性研究方面，搭建了半透明相变材料热辐射特性参数测量实验平台，发展了半透明相变材料热辐射特性理论反演模型及其求解方法，测量并结合反演方法实验获得了玻璃、水和石蜡等半透明材料的热辐射特性参数；2. 搭建内嵌相变材料玻璃围护结构光热传输室内与室外测量平台，开展了室内外测量实验，定量和定性分析热辐射特性对材料光热输运的影响机制，探索与揭示半透明相变材料光热转换机理及热辐射特性对其太阳能利用和调控的影响规律；3. 建立了半透明相变材料辐射、对流与导热的瞬态耦合传热模型，以及内嵌半透明相变材料幕墙结构辐射-相变-导热耦合传热传质模型，研究了内嵌半透明相变材料幕墙光热传输特性影响机制，分析了半透明相变材料热辐射特性等因素对其影响规律；然后，通过Fluent结合研究的幕墙光热传输规律，开展了含相变百叶幕墙内部流动和辐射传热耦合研究。本研究对于改善玻璃围护结构的隔热和蓄热技术，加强含相变材料玻璃围护结构太阳能利用机理认识，促进传热传质学和电磁学等学科交叉融合有较大的帮助作用，并为进一步研究和开发高效建筑节能技术提供理论依据。