相变材料墙建筑蓄换热机理及节能效果研究

相变蓄能墙建筑将潜热存储技术应用在建筑围护结构中可以提高围护结构的蓄热能力，降低室内温度波动幅度，减少建筑物供暖、空调设备的运行时间和能耗，达到节能降耗和提高热舒适度的目的。本课题研究以相变传热模型为基础，将高潜热的有机类低共融混合物相变材料和建筑墙体融合，建立相变墙体及房间蓄换热数学模型，重点通过模拟环境舱内相变墙体房间与普通墙体房间对比实验，测试相变墙体房间对室内热工参数影响及节能和热舒适效果。同时，对相变墙房间蓄换热机理及动态热特性进行模拟，与实验测试结果相互反馈，校正计算模型并得到不同气候区最优化的相变墙房间模型。建立不同气候区相变墙房间的预测及评价体系，通过该体系准确预测和评价不同建筑气候区，不同相变材料及不同安装位置的相变墙房间节能效果及热舒适性。本课题具有重大学术价值，具有显著的经济和社会效益，对建筑墙体领域的发展产生深远的影响。

相变蓄能技术在建筑中的应用，可以减小室内热环境的波动，同时通过对过剩热量/冷量的吸收/释放可达到建筑节能的目的。本研究采用熔融共混法，以高级脂肪酸和高碳醇为原料，差示扫描量热法（DSC）为测试手段，研制出了一系列具有较高潜热可适用于我国温带大陆季风气候的夏季蓄冷相变材料。研究了以高分子材料为支撑包覆材料、微粒径铝粉为导热系数增强剂的定型相变材料及其制备方法，而且对其进行了泄露性测试、SEM微观形态特征扫描、红外波普测试、DSC相变热物性测试，并测试了添加铝粉后的蓄放热效率提高情况。研究分析了另一种封装方式—相变蓄能板，将相变材料用铝制板材封装成坚固、安全、无泄漏的板状结构，且相变蓄能板内部带有肋片，在加固板材的同时提高了相变材料的吸放热速率。.对两个尺寸、围护结构均相同的相变蓄能房间和普通房间开展三个不同工况的实验测试，测试工况主要分为被动蓄能阶段(自然蓄能阶段)、主动蓄能阶段(夜间通风阶段和空调蓄能阶段)。通过对比两个房间的室内温度、墙体温度、空调耗电量的变化，得出在自然蓄能阶段和夜间通风阶段相变房间室内温度较普通房间分别降低1.21℃、1.02℃，且这两个阶段效果相似。通过空调蓄能阶段得出，空调夜间运行阶段和空调全天运行阶段相变房间日平均节能率分别为4.95%和2.03%。.基于实际相变传热过程中的部分相变现象，提出潜热利用率的概念，建立一维显比热容相变墙体传热模型，编写相变蓄能墙体传热模块Type272，建立TRNSYS相变蓄能建筑模型。通过上述不同工况实验数据验证该模型具有良好的适应性，能较为准确地模拟出相变蓄能房间传热特性。最后利用既有TRNSYS相变模型分析相变温度、相变潜热、导热系数对室内热环境的影响，提出相变材料在不同气候区夏季组合优选方案。.本研究从实验角度验证了不同蓄能方式下相变材料在建筑中的应用效果，为后人的研究提供了参考。同时提出了一个简便、适用性好的TRNSYS相变蓄能建筑模型，利用该模型能模拟大部分相变蓄能建筑使用情况。利用该模型分析出相变材料热特性对室内热环境的影响，提出了不同气候区相变材料优选方案，为今后相变建筑的设计、相变材料优选提供了工具和工程参考。