小议相变材料在建筑节能的运用范文

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1相变材料在建筑围护结构中的应用研究

1.1国内外研究成果

根据蓄能方式，建筑围护结构包括主动蓄能和被动蓄能两种蓄能方式。主动蓄能指由相变材料制成的建筑结构和空调采暖有机组合在围护结构内，通过换热装置的控制与调节进行相变材料的放热、吸热过程。被动蓄能指围护结构依靠太阳辐射热流或室温变化对热量进行吸收和释放。主动蓄能的研究举例如下：某科研人员根据相变蓄能式吊顶空调采暖系统和地板热水低温采暖系统，模拟出系统在热环境工作稳定情况下的传热过程，利用数值模拟分析相变温度对吊顶和地板表面蓄能比和平均热流的影响，得出混凝土地板和相变材料的热性能差异：相变材料比混凝土蓄能效率高出35%左右。被动蓄能的研究举例如下：科研人员在某向光地区建立一座140m2的被动式轻质太阳房，采用相变材料墙板为热存储构件。通过一年的观察研究发现，采用相变材料的墙板一年可以节省15%的能耗费用或者3GJ的热量。

1.2相变材料在建筑围护结构中的节能测试及分析

如何清晰了解相变材料在建筑围护结构中的节能效果，通常采用模拟测试和结果分析的方式进行。以相变墙房间和普通墙房间做热工对比，分析出相变材料墙体房间的温度变化。由于不同地区的昼夜温差不同，所以对不同区域进行试验、分析。

1.2.1昼夜温差较大的严寒地区

在该类地区进行试验，其过程包括：建立两个相同结构且大小相同的建筑房间，中间用墙体分隔。面积为3m2，高度2.70m。一间房间的墙壁和天花板安装含有相变材料的石膏板，另外一间采用普通墙壁、天花板石膏板。板厚均为12.5mm。可采用硬脂酸丁酯、软脂酸丁酯相混合的相变材料。由于石膏板气孔含量较多，吸附性较好，能够轻易的吸收相变材料。操作时可将石膏板泡入相变材料10min左右，当吸收相变材料比重达25%时完成。房间顶棚装有2,040w电热膜，并用40mm超细玻璃棉保温。在房间和顶棚之间铺一层150mm玻璃棉，起到绝热的效果。测试过程中，可在各个房间内、顶棚下和地板上、外墙壁上300mm处布置热电偶，在内墙壁上装设热流计板，对房间内温度进行24小时记录，每十分钟可采集数据一组。根据测试结果：相变墙板能够有效控制相变房间中的温度平衡，减少室内散热量，提高室内居住舒适度。同时，采用相变墙的房间可以减轻室内的采暖负荷，减少配套设备的投资、规模，能有效缓解我国电力紧缺现状。

1.2.2昼夜温差较小的炎热地区

在夏热冬冷地区，如果使用轻重质或轻质复合墙材，夏季会降低墙体蓄热能力，造成建筑物温度较高且波动较大。通过测试表明，空调连续运作情况下，混凝土砌块和保温材料外墙的温度波幅在1.5℃～2.5℃。若空调间歇性运作，建筑外墙的表面温度波幅相比增加1℃。若没有空调运作，单依靠自然通风，结构屋顶和外墙表面对人体有明显的烘烤感。在建筑围护结构中使用相变材料可以有效增加围护结构的蓄冷、隔热能力，降低内墙温度峰值，减少温度波动，起到良好的节能效果。在该类地区进行试验，其过程包括：建立两个相同结构且大小相同的建筑房间，一个为普通实验房间，一个为含有变相材料围护结构的实验房，采用木框架和EPS轻质泡沫板结构，墙面采用1.2mm木层板，外墙粉刷白色涂料。在两个房间内放置温度传感器，位于屋面1.5m处加设温度传感器，每3分钟记录、检测温度，测试时间为4天。同时，采取夜间开窗、白天闭窗的形式来测试夜间通风技术能否影响相变墙体放热性能和室内热环境。通过以上试验测试数据表明：昼夜温差较大区域，采用通风技术和相变墙体能够有效改善室内热环境效果。昼夜温差较小地区，采用相变墙体作为建筑围护结构虽然能够有效的蓄热，但可能引起室内热量聚集的问题。因此，在夜间结合通风技术能够有效地改善房间内热环境，达到建筑节能的效果。

2结语

总结试验结果表明：相变材料能够明显增强建筑围护结构热惰性，确保室内热稳定，尤其在夏季能够明显降低室内温度；炎热条件下，相变墙体材料配合夜间通风可以有效释放室内热量；相变材料的储热功能，即与室外环境密切有关，又受相变温度、材料用量以及墙体结构的影响。

作者：何世华单位：福建省建筑科学研究院