基于相变蓄能和太阳能热利用的建筑空间热环境调控关键问题研究

Solar low-temperature heating is a new heating technology, it has become an important method of thermal environment control because of its obvious advantages in thermal environment control, thermal comfort and energy saving. Because solar radiation intensity is intermittent, solar thermal storage problems become one of the key issues that limit the development. The previous studies of solar thermal energy storage more focused on the sensible heat thermal storage and applications of the macroencapsulated phase change materials, but none of them involved in the discussion of heat transfer medium. This project has its backgrounds of the application and storage of solar energy, low temperature heating and building thermal environment, according to the experimental test and effective mathematical model, analysis thermal physical characteristics of solar energy powered low temperature heating system using phase change microcapsule suspension instead of traditional heat transfer and thermal storage medium. Investigate the influence of phase change suspension on building thermal environment under different boundary and operation mode. Summarized the principle of solar energy thermal environment control system using phase change suspension and establish the corresponding models. The research results can provide the development of phase change thermal energy storage solar heating system with phase change thermal energy storage theoretical support, and provide reference for the further study of building thermal environment.

太阳能低温采暖作为一种新型的采暖技术，由于其在热环境调节、热舒适及节能等方面具有显著优点，成为建筑空间热环境营造的重要手段。由于太阳辐射强度的间歇性，使得太阳热能的储存问题成为制约其发展的关键问题之一，以往对太阳热能储蓄的研究多集中于显热储热及定型相变材料的运用，并未涉及到对系统中传热介质的探讨。本项目以太阳热能的利用与储存、低温采暖及建筑空间热环境为研究背景，通过实验测试和建立能够进行有效计算的模型，并编制程序进行模拟，分析利用微胶囊相变悬浮液取代传统传热及储热介质在低温采暖系统中的热物理特性，讨论在不同边界条件和不同运行模式下相变悬浮液对建筑热环境的影响，总结出相变悬浮液在太阳能空间热环境调控系统中运行的主要特征及基本规律，并建立相应的模型。为相变储热型太阳能采暖系统的开发提供理论依据，同时对建筑空间热环境的进一步研究提供参考。

本项目以太阳热能的利用与储存、低温采暖及建筑空间热环境为研究背景。课题组对相变材料在太阳能低温采暖系统中的适用性进行了研究；通过理论分析、建立模型以及实验测试的方法分析了相变材料尤其是微胶囊相变悬浮液在太阳热能收集系统、热存储系统以及低温采暖系统中的热物理特性及传热现象；修正了潜热型太阳能集热器的测试方法；讨论了在不同边界条件和不同运行模式下相变悬浮液对建筑热环境的影响；总结出相变悬浮液在太阳能空间热环境调控系统中运行的主要特征及基本规律并建立了相应的模型。通过本项目的研究可知，相变材料应用于太阳能集热、蓄热以及低温采暖系统可以使现有的太阳能加热系统实现更高的效率以及更小的功耗，从而可达到节能低碳减排同时达到营造舒适热环境的目的。为相变储热型太阳能采暖系统的开发提供理论依据，同时对建筑空间热环境的进一步研究提供参考。