轻质建筑中相变材料非线性热容建筑构件的蓄能调温特性及其有效作用域研究

相变材料在相变温度段具有蓄能密度高、相变过程温度变化小、热容呈现非线性变化的特点。与常物性蓄能建材相比，相变蓄能建材表现出不同的蓄能调温特性，但在不同的应用环境下蓄能调温效果差异较大。本课题重点解决相变蓄能建筑构件在轻质建筑热环境中的蓄传热过程特性辨识、关键物性参数的遴选方法、热性能评价和适宜性应用等方面问题。首先利用理论简化模型从原理上揭示非线性建筑热容在轻质建筑热环境中的蓄能调温特性、理想调温效果及其有效作用域；建立反映相变蓄能建筑蓄能调温特点的性能评价方法。通过对相变蓄能建筑构件的蓄传热过程及其影响因素的研究，分析复杂结构、非均匀、多相变温区、有内热源等形式的相变蓄能建筑构件在轻质建筑中的蓄能调温效果及其适宜性。根据优化结论研制适合轻质建筑热环境的复合相变蓄能建筑构件。经过样本间实验，提炼出相变蓄能建筑材料在轻质建筑热环境中的蓄能调温特性、有效作用域及其适用性。

相变蓄能材料在相变温度段具有蓄能密度高、相变过程温度变化小的特点，并且相变温度可根据室温需要进行选择。将相变蓄能材料应用于建筑围护结构，可提高后者的蓄热性能，冬季可利用太阳能和廉价能源蓄能采暖，提高建筑内最低温度、降低其温度波动，从而提高建筑热舒适性，实现建筑节能。本项目主要从建筑热物理的角度出发，采用理论分析、数值模拟、试验研究相结合的方法，重点解决相变蓄能建筑构件在轻质建筑热环境中的蓄传热过程特性辨识、关键物性参数的遴选方法、热性能分析模型和评价方法等问题。（1）利用理论简化模型从原理上揭示非线性建筑热容在轻质建筑热环境中的蓄能调温特性、理想调温效果及其有效作用域。为分析相变蓄能建筑的理想调温效果，建立了基于集总热容方法的相变蓄能建筑室内热性能分析模型。提出了自然室温的频率分布图与积分图、最可几室温、满足给定室温下的太阳能保证率、相变材料相变使用率等指标，藉此对相变蓄能建筑热性能进行综合评价。深化了对相变蓄能建筑热性能特性的认识，可判断相变蓄能建筑的适宜性应用范围和关键影响参数。在被动式相变蓄能建筑构件的蓄传热特性分析与关键物性参数的选取方面，提出了理想蓄热效率的概念，由此推导出合适相变温度的遴选准则。藉该类构件在给定室温工况下的蓄传热性能分析，得出其非线性蓄能效率图表，可方便地得出相变温度和室温与蓄热效率之间的影响关系。（2）通过对相变蓄能建筑构件的蓄传热过程及其影响因素的研究，分析复杂结构、非均匀、多相变温区、有内热源等形式的相变蓄能建筑构件在轻质建筑中的蓄能调温效果及其适宜性。为满足不同环境和运行工况的需求，提出不同结构形式的主动式相变蓄能建筑构件，并给出了该类构件在给定室温情况下的蓄传热性能分析模型，分析了相变材料的分散或分层布置形式与物性因素对其蓄热性能的影响。为主动式相变建筑构件物性参数的合理选择及其优化设计提供了分析依据。建立了被动式和主动式相变蓄能建筑构件在实际房间中的热性能分析模型。预测分析了被动式、主动式相变蓄能建筑构件对房间室温的调控效果。.（3）根据优化结论研制适合轻质建筑热环境的复合相变蓄能建筑构件。经过试验平台测性实际应用性能，总结出相变蓄能建筑材料在轻质建筑热环境中的蓄能调温特性和应用效果。本项目的研究工作为相变蓄能建筑构件在建筑中的应用效果预测评价提供了分析方法。为该技术的完善和推广应用提供指导。