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相变蓄能板耦合太阳能建筑热特性实验研究

姚成强  
【摘要】:随着社会发展和生活水平提高,建筑能耗呈现逐年递增的趋势,建筑节能刻不容缓。相变蓄能技术在建筑中的应用可以降低室内温度波动,提高舒适性,降低建筑运行能耗。本文从制备相变材料出发,然后将其与建筑围护结构结合,对相变蓄能墙板进行蓄冷和供暖测试,旨在研究相变蓄能墙板在建筑节能中的潜力和优势。以25#石蜡为相变材料,膨胀珍珠岩为支撑材料,采用真空加热滚筒箱体制备相变颗粒并对其进行DSC、SEM、FTIR和TG测试。然后将相变颗粒定模压制成相变蓄能板并对其进行机械性能和蓄放热性能测试。结果表明,相变蓄能板在保持较高热物性的同时具备良好的机械抗压性能。夏季工况下,将相变蓄能板与围护结构结合,搭建相变房间,分别在关闭门窗的自然蓄冷、定时开启门窗的定时自然对流蓄冷、定温开启门窗的定温自然对流蓄冷策略下对其进行蓄冷性能测试。结果表明,三种蓄冷策略下相变房间都出现衰减和延迟现象,并且定温自然对流蓄冷效果最好,定时自然对流蓄冷次之,关闭门窗的自然蓄冷效果最差。冬季工况下,以太阳能为热源,水为媒介,再利用嵌入到相变蓄能板的细管将热量蓄存在相变板内,用于维持冬季室内热舒适。对相变房间和参照房间先后进行了相变蓄能板材的热性能实验、太阳能热源供暖效果实验、维持室内热舒适前提下的系统节能实验。结果表明,相变房间和参照房间都用太阳能供暖时,相变房间中相变蓄能板的蓄热调温作用,使相变房间的温度波动远小于参照房间;相变房间用太阳能供暖时,太阳能作为相变房间的供热热源,可使相变房间的温度远高于参照房间,证明了太阳能作为供暖热源的可行性;添加辅助热源的情况下,此系统可将室内最低温度控制在人体舒适度区间内,此时相变房间平均每天比参照房间节约用电3.06kW·h。此外分析了相变房间的热量传递过程,结果表明,白天热量从有热源的墙体向外传递,室内温度低于相变温度后,热量由墙体向室内中心方向传递。经过上述研究发现,相变蓄能墙板作为储能构件,它的潜热蓄存能力不仅能提高建筑围护结构的热惰性,还能将热量在时间上进行转移和循环利用,展现出巨大的节能潜力和优势。


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