相变材料在建筑节能工程中的应用研究

摘要

随着世界能源危机的发展，建筑节能已成为全社会关注的焦点。传统建筑节能材料暴露出诸多问题，因此选择合理的建筑节能材料是实现“降耗节能”的重要措施之一。近年来，研究者们开始研究相变墙体储能新技术，即寻求将相变材料与建材基体复合应用到建筑墙体中的新技术，在建筑节能领域倍受关注。目前，关于相变材料的研究很多，主要是针对于相变材料的制备与性能研究问题、相变材料的耐久性问题、相变材料的经济性问题、相变材料的实用化问题，而对于相变材料是否节能、节能效果及其评价问题研究甚少。本文基于实验室研究与工程实际研究结合，对相变材料的节能效果进行分析与讨论。
　　本文对4种市售相变材料的相变温度、相变热与20次冷热循环相变热衰减率进行测试，分析与探讨相变材料在实际应用中的效用。实验测得4种相变材料的相变温度为17.9～26.2℃、21.0～27.9℃、17.8～25.1℃，20.6～24.8℃，相变热为120J/g、115J/g、80J/g、65J/g，20次冷热循环相变热衰减率为0.06％、1％、0.5％、0.4％。实验结果表明，相变材料的相变温度为一个温度区间；以18～25℃区间内相变材料蓄热量作为评价相变材料相变热的标准；相变材料的热稳定性与循环次数有关。
　　本文对相变材料在不同热阻墙体中不同位置的节能率进行测定，分析与探讨相变材料是否节能、节能效果及其评价问题。实验结果得出，以单位能耗维持“舒适温度”持续时间作为相变材料节能效果的评价指标，根据节能率的概念及实验结果，推导出相变材料节能率计算公式为η=t总·t*开/t*总·t开-1。总相变材料的节能效果与墙体热阻及其在墙体中的位置密切相关，墙体热阻高有利于其节能，且以应用于墙体内表面的节能效果为佳。
　　本文对相变材料在不同环境温度、不同功率加热元件、不同相变材料掺量条件下的节能率进行测定，分析与探讨相变材料的节能效果。实验结果表明：相变材料的节能效果与环境温度、供热速率和相变材料掺量有直接关系，环境温度高、供热速率慢、掺量高其节能效果高。
　　本文将相变材料与保温砂浆复合应用于建筑围护结构，在冬季自然条件下，通过测试房间的室内温度、墙体表面温度、热流的变化，分析与探讨相变材料在节能测试房中应用的节能效果。实验结果表明：墙体热阻对相变材料节能有明显影响，墙体热阻越大，节能效果越明显，环境温度过低单一相变材料节能不能够满足舒适度的要求；相变材料有利于降低墙体内外表面温差，提高建筑围护结构的热惰性，且当墙体热阻增大到某一值时，墙体内外表面温差变大，相变材料蓄热效果提高；相变材料的蓄热作用明显，能够吸收室内流失热量，减少热量流失，节能效果明显。上述三方面与实验室研究结果分析相一致。通过“内蓄能、外保温”的方法，有利于提高相变材料蓄热、节能作用，可望成为一种高效的保温节能形式。