《相變材料牆建築蓄換熱機理及節能效果研究》是依託天津大學，由呂石磊擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：相變材料牆建築蓄換熱機理及節能效果研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：呂石磊
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
相變蓄能牆建築將潛熱存儲技術套用在建築圍護結構中可以提高圍護結構的蓄熱能力，降低室內溫度波動幅度，減少建築物供暖、空調設備的運行時間和能耗，達到節能降耗和提高熱舒適度的目的。本課題研究以相變傳熱模型為基礎，將高潛熱的有機類低共融混合物相變材料和建築牆體融合，建立相變牆體及房間蓄換熱數學模型，重點通過模擬環境艙內相變牆體房間與普通牆體房間對比實驗，測試相變牆體房間對室內熱工參數影響及節能和熱舒適效果。同時，對相變牆房間蓄換熱機理及動態熱特性進行模擬，與實驗測試結果相互反饋，校正計算模型並得到不同氣候區最最佳化的相變牆房間模型。建立不同氣候區相變牆房間的預測及評價體系，通過該體系準確預測和評價不同建築氣候區，不同相變材料及不同安裝位置的相變牆房間節能效果及熱舒適性。本課題具有重大學術價值，具有顯著的經濟和社會效益，對建築牆體領域的發展產生深遠的影響。
結題摘要
相變蓄能技術在建築中的套用，可以減小室內熱環境的波動，同時通過對過剩熱量/冷量的吸收/釋放可達到建築節能的目的。本研究採用熔融共混法，以高級脂肪酸和高碳醇為原料，差示掃描量熱法（DSC）為測試手段，研製出了一系列具有較高潛熱可適用於我國溫帶大陸季風氣候的夏季蓄冷相變材料。研究了以高分子材料為支撐包覆材料、微粒徑鋁粉為導熱係數增強劑的定型相變材料及其製備方法，而且對其進行了泄露性測試、SEM微觀形態特徵掃描、紅外波普測試、DSC相變熱物性測試，並測試了添加鋁粉後的蓄放熱效率提高情況。研究分析了另一種封裝方式—相變蓄能板，將相變材料用鋁製板材封裝成堅固、安全、無泄漏的板狀結構，且相變蓄能板內部帶有肋片，在加固板材的同時提高了相變材料的吸放熱速率。 對兩個尺寸、圍護結構均相同的相變蓄能房間和普通房間開展三個不同工況的實驗測試，測試工況主要分為被動蓄能階段(自然蓄能階段)、主動蓄能階段(夜間通風階段和空調蓄能階段)。通過對比兩個房間的室內溫度、牆體溫度、空調耗電量的變化，得出在自然蓄能階段和夜間通風階段相變房間室內溫度較普通房間分別降低1.21℃、1.02℃，且這兩個階段效果相似。通過空調蓄能階段得出，空調夜間運行階段和空調全天運行階段相變房間日平均節能率分別為4.95%和2.03%。 基於實際相變傳熱過程中的部分相變現象，提出潛熱利用率的概念，建立一維顯比熱容相變牆體傳熱模型，編寫相變蓄能牆體傳熱模組Type272，建立TRNSYS相變蓄能建築模型。通過上述不同工況實驗數據驗證該模型具有良好的適應性，能較為準確地模擬出相變蓄能房間傳熱特性。最後利用既有TRNSYS相變模型分析相變溫度、相變潛熱、導熱係數對室內熱環境的影響，提出相變材料在不同氣候區夏季組合優選方案。 本研究從實驗角度驗證了不同蓄能方式下相變材料在建築中的套用效果，為後人的研究提供了參考。同時提出了一個簡便、適用性好的TRNSYS相變蓄能建築模型，利用該模型能模擬大部分相變蓄能建築使用情況。利用該模型分析出相變材料熱特性對室內熱環境的影響，提出了不同氣候區相變材料優選方案，為今後相變建築的設計、相變材料優選提供了工具和工程參考。
