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相变墙体柔性用能预冷策略优化与敏感性分析

华南师范大学学报（自然科学版） 2023年第2期55卷 34-40页

作者：张泠董媛媛刘忠兵湖南大学土木工程学院长沙410082

建筑柔性用能对削减空调负荷的峰谷差具有重要意义。相变墙体采用预冷策略可以有效降低高峰负荷,然而预冷可能会增加总能耗。因此,有必要对其柔性用能和能耗特征进行综合研究分析。以长沙的办公建筑为例,建立相变墙体的传热模型并采用... 详细信息

建筑柔性用能对削减空调负荷的峰谷差具有重要意义。相变墙体采用预冷策略可以有效降低高峰负荷,然而预冷可能会增加总能耗。因此,有必要对其柔性用能和能耗特征进行综合研究分析。以长沙的办公建筑为例,建立相变墙体的传热模型并采用实验数据进行对比验证,在此基础上,研究不同预冷策略下相变墙体夏季的柔性潜力,并对影响柔性的相变参数进行敏感性分析。结果表明:当预冷温度为23℃,预冷时长为4 h时,相变墙体能在总能耗降低2.6%的情况下使高峰期的总冷负荷降低85.4%。另外,相变材料的相变温度对柔性的影响最大,其次是位置、密度、相变潜热、厚度、相变范围,而导热系数和比热容对柔性的影响很小。该研究可为相变墙体的应用提供参考。

关键词：相变墙体柔性用能能耗预冷优化敏感性分析

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低质水套管式相变墙体的热性能模拟

江苏大学学报（自然科学版） 2023年第2期44卷 242-248页

作者：胡自成杨晨郭兴龙葛凤华王松江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013

针对主动式相变蓄能墙体具有可实现用电量削峰填谷的优点,利于节能减排,采用将相变材料封装于套管内的方式,构建夏季供冷和冬季供暖的双工况主动式低质水相变蓄能墙体,模拟研究了相变温度、质量潜热及导热系数等相变材料物性及相变层布... 详细信息

针对主动式相变蓄能墙体具有可实现用电量削峰填谷的优点,利于节能减排,采用将相变材料封装于套管内的方式,构建夏季供冷和冬季供暖的双工况主动式低质水相变蓄能墙体,模拟研究了相变温度、质量潜热及导热系数等相变材料物性及相变层布置方式对供冷、暖双工况墙体表面温度、热流密度的影响规律.研究结果表明:设定条件下,供冷、暖双工况下相变材料的适宜相变峰值温度分别为15.0和30.0℃;增大相变材料质量潜热,有利于减小相变墙体的表面温度波动和厚度;提高相变材料导热系数,可提升相变墙体的表面热流;相变层间隔布置方式下,供冷、暖双工况相变墙体的综合热性能最佳.

关键词：相变墙体套管物性参数布置方式双工况

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相变墙体应用于轻钢结构太阳房的研究

太阳能学报 2011年第2期32卷 160-164页

作者：邓安仲庄春龙李胜波沈小东张雄解放军后勤工程学院重庆400016 同济大学上海200092

阐述了轻质相变墙体的制备和热工性能分析,详细介绍了在西宁地区某轻钢结构被动式太阳房中的工程设计及应用情况,通过在无采暖设备情况下进行了室内环境温度的测试,评价采用轻质相变墙体的轻钢结构建筑作为被动式太阳房设计和使用的实... 详细信息

阐述了轻质相变墙体的制备和热工性能分析,详细介绍了在西宁地区某轻钢结构被动式太阳房中的工程设计及应用情况,通过在无采暖设备情况下进行了室内环境温度的测试,评价采用轻质相变墙体的轻钢结构建筑作为被动式太阳房设计和使用的实验效果。实验结果显示轻质相变墙体应用于轻钢结构试验房,增大了建筑的蓄热能力和热惰性指标值,能有效对太阳热能进行储放,与普通轻钢结构试验房相比较,显著改善夜间室内热环境。

关键词：相变墙体被动式太阳房轻钢结构采暖

夏热冬冷地区相变墙体的传热特性和性能优化研究

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夏热冬冷地区相变墙体的传热特性和性能优化研究

作者：徐苗苗南昌大学

学位级别：硕士

面对日益增长的建筑能耗问题,国家不断提高建筑节能标准,重视节能减排,相变材料应用于建筑墙体作为一种新型的节能技术,利用相变材料的吸、放热特性改变墙体的热传导过程,改善建筑室内热环境,从而能够有效降低建筑能耗。本文采用数值模... 详细信息

面对日益增长的建筑能耗问题,国家不断提高建筑节能标准,重视节能减排,相变材料应用于建筑墙体作为一种新型的节能技术,利用相变材料的吸、放热特性改变墙体的热传导过程,改善建筑室内热环境,从而能够有效降低建筑能耗。本文采用数值模拟方法,以南昌地区为例,探究了夏热冬冷地区相变墙体适宜相变温度的选取方法,分析了不同构造相变墙体的传热特性以及相变墙体对空调运行能耗的影响,具体内容如下:(1)建立相变墙体物理模型及数学模型,将数值模拟结果与文献中的实验结果进行对比,验证利用CFD模拟相变墙体传热过程的适用性和准确性。(2)考虑不同朝向和构造以及保温层对相变墙体适宜相变温度的影响,以墙体内表面温度、衰减倍数、延迟时间及相变材料潜热利用率为判定依据,得出了不同朝向相变墙体的适宜相变温度。外侧相变墙体的东、南、西、北四个朝向适宜相变温度分别为34～36℃、32～34℃、34～36℃和32～34℃,内侧相变墙体的东、南、西、北四个朝向适宜相变温度分别为28～30℃、27～29℃、28～30℃和27～29℃。以西向墙体为例,分析了保温层对相变温度的影响,计算结果表明保温层的存在对不同构造墙体适宜相变温度的选取影响较大,外侧适宜相变温度及内侧适宜相变温度均有所降低。(3)在相变温度参数优化的基础上,揭示了不同构造相变墙体的传热特性,研究了相变潜热、导热系数、相变层厚度对内侧相变墙体传热特性的影响规律,以及增保温层对相变墙体传热特性的影响。研究结果表明,内侧相变墙体具有更好的隔热性能。内侧相变墙体内表面最高温度降低了1.06℃,平均温度降低了0.08℃,内表面蓄热量减少了53k J/m,平均传热系数降低了0.08W/(m·K)。(4)分析了不同构造相变墙体的建筑夏季能耗情况,并与无相变材料的对照组墙体建筑进行对比。结果表明,内、外侧相变墙体的建筑夏季能耗分别减少了2.96%和2.08%,内侧相变墙体降低建筑能耗效果更为显著。增设保温层后的外侧相变墙体一、外侧相变墙体二、内侧相变墙体的建筑夏季能耗分别减少了0.67%、1.30%和1.00%,有保温外侧相变墙体二降低建筑能耗效果更为显著。

关键词：相变墙体适宜相变温度传热特性保温层建筑能耗

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含相变夹层墙体传热特性研究

含相变夹层墙体传热特性研究

作者：常钊山东建筑大学

学位级别：硕士

建筑能耗在我国一次能源消耗中所占比例逐年递增,对实现双碳目标带来极大挑战,而装配式建筑作为一种新型建筑方式,为推广新型建筑节能技术提供了重要途径。当前相变储能凭借其优越性在建筑节能领域应用广泛,相变材料具有储热能力大、相... 详细信息

建筑能耗在我国一次能源消耗中所占比例逐年递增,对实现双碳目标带来极大挑战,而装配式建筑作为一种新型建筑方式,为推广新型建筑节能技术提供了重要途径。当前相变储能凭借其优越性在建筑节能领域应用广泛,相变材料具有储热能力大、相变温度可选择、相变过程稳定、价格低廉、实验易操作、无腐蚀性等优点。在建筑墙体结构中添加相变材料,可以利用相变材料吸放热性能,增加墙体结构的热惰性及储热能力,降低建筑墙体供暖、制冷负荷,改善建筑室内热环境,提高人体热舒适度,达到建筑节能的目的,为研究绿色建筑奠定良好的基础。本论文以装配式建筑为研究背景,采用实验研究与数值模拟相结合的方法,研究相变材料在墙体中的应用,探讨含相变夹层墙体的非稳态传热机理和传热规律。本文选用28#石蜡作为相变材料,采用3D打印技术制作尼龙固体骨架,用有机玻璃封装后并与普通建筑材料组成含相变夹层的相变墙体。搭建相变墙体传热实验台,实验测得普通墙体与相变墙体内侧温度随时间变化,采用红外热像仪测量普通墙体与相变墙体内侧温度场变化,观测相变墙体内夹层中石蜡的相变过程,研究分析比较普通墙体与相变墙体传热过程及传热规律。结果表明,与普通墙体相比,在加热阶段,含不同厚度相变夹层的墙体,其墙体内侧温度波动幅度都显著变小,能有效延缓热量向墙体内侧传递;在冷却阶段,含相变夹层墙体的储热保温性能好,墙体内侧温度下降速度明显减缓,且相变夹层越厚,效果越明显,墙体热惰性越大,其中相变夹层厚度为3cm时,墙体的综合保温性能最好。通过分析比较相变夹层位于墙体内侧、中间和外侧等情形,发现相变夹层位于墙体内侧时墙体热性能明显优于位于墙体中间及墙体外侧。通过分析比较外表面加热温度50℃、55℃和60℃等情形,发现相变夹层位于墙体内侧且热源侧温度为55℃时,墙体综合保温效果较好,且相变夹层中相变材料的相变特性利用率较高。采用有限单元法,对含相变夹层墙体的传热过程进行了数值模拟,并与实验研究结果进行了比较,两者吻合较好。

关键词：传热特性相变墙体相变材料实验测试

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办公建筑相变墙体的柔性用能潜力评估

办公建筑相变墙体的柔性用能潜力评估

作者：董媛媛湖南大学

学位级别：硕士

建筑柔性用能对削减空调负荷的峰谷差具有重要意义,是实现“双碳”目标的重要途经。目前夏热冬冷地区办公建筑夏季空调制冷能耗较高,负荷峰值较大,给电网的安全运行带来了较大的挑战。对相变围护结构实施预冷策略可以有效降低高峰负荷,... 详细信息

建筑柔性用能对削减空调负荷的峰谷差具有重要意义,是实现“双碳”目标的重要途经。目前夏热冬冷地区办公建筑夏季空调制冷能耗较高,负荷峰值较大,给电网的安全运行带来了较大的挑战。对相变围护结构实施预冷策略可以有效降低高峰负荷,实现建筑的柔性用能,保证电网安全运行。本文首先建立办公建筑相变墙体的传热模型并采用实验数据进行验证。然后,在同时考虑电网、建筑用户和环境的利益下,以夏热冬冷地区长沙市的办公建筑为例,分析不同的预冷策略下相变墙体供冷季的柔性用能潜力,并评估不同的相变参数对柔性用能潜力的影响以及这些参数的相对重要性。主要研究内容与结果如下:首先,基于有效热容法建立办公建筑相变墙体的非稳态传热模型,并采用实验数据验证软件编程求解模型的正确性。经比较,实验测试和模拟温度的最大温差为0.52℃,均方根误差为0.21℃,均方根误差变异系数为0.91%。其次,对夏热冬冷地区长沙市供冷季正常运行工况下的参考墙体(Base)、预冷运行工况下的参考墙体(Case1)、正常运行工况下的相变墙体(Case2)和预冷运行工况下的相变墙体(Case3)的柔性用能、节能潜力、经济和环境效益进行比较分析。结果如下:与其他案例相比,Case3的柔性用能效果最为显著,当预冷温度为24℃,预冷时长为4 h时,相变墙体能在整个供冷季的累计用电负荷降低1.3%的情况下使柔性用能指数高达69.7%,同时整个供冷季的电力成本和碳排放量分别减少了51%和70.7%,实现了柔性用能的同时,也降低了总能耗、电力成本和碳排放,能使电网、建筑用户和环境同时受益。最后,研究相变材料的位置、熔点、厚度、相变潜热、密度、相变温度范围、导热系数和比热容对Case3柔性用能、节能性、电力成本和碳排放量的影响,并对这些相变参数进行敏感性分析。结果如下:相变材料熔点和位置对Case3柔性用能、节能率、电力成本和碳排放量的影响更为显著;相变材料的厚度、相变潜热、密度和相变温度范围对其有影响但不显著;相变材料的比热容和导热系数对其影响很小,基本可忽略不计。推荐选择熔点为25℃、厚度为5mm的相变材料,将其放在保温层的中间。本研究可为办公建筑相变墙体柔性用能预冷策略和相变参数的选择提供参考。

关键词：柔性用能相变墙体办公建筑预冷策略参数优化

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夏热冬冷地区相变墙体热湿传递特性研究

夏热冬冷地区相变墙体热湿传递特性研究

作者：夏慧瑶南华大学

学位级别：硕士

相变材料应用于建筑墙体中,可利用其相变蓄能的特性,提高墙体热惰性,降低室内温度峰值,提高人体舒适性,达到建筑节能目的。在普通墙体中,热量和湿分以传导和扩散的方式传递,而在相变墙体中,相变材料的存在会影响墙体内的热湿传递过程,... 详细信息

相变材料应用于建筑墙体中,可利用其相变蓄能的特性,提高墙体热惰性,降低室内温度峰值,提高人体舒适性,达到建筑节能目的。在普通墙体中,热量和湿分以传导和扩散的方式传递,而在相变墙体中,相变材料的存在会影响墙体内的热湿传递过程,因此更加复杂。此外,由于单层相变墙体在夏热冬冷地区全年适用性较差,本文中的相变墙体是在主体砖层两侧分别置入高温相变材料和低温相变材料,以适应夏热冬冷地区特点在冬夏季均发挥相变蓄能优势。基于此,本文在综述了国内外有关相变墙体热湿传递研究的基础上,通过制备试块测试其性能得到相变材料最佳掺入比,搭建了对应的相变墙体和普通墙体进行实验。本文的研究内容如下:(1)从墙体热湿传递理论模型发展、相变建筑材料的研究、相变墙体相关实验研究以及数值模拟方法几个方面,对近年来相变墙体热湿传递的研究现状进行了总结。而后阐述了相变墙体热湿传递方面的基础理论,主要包括热传递过程、湿传递过程和相变过程;(2)针对相变材料在墙体中的应用原则选用了定型相变材料,通过制备试块测试其强度性能得到相变材料最佳掺入比,并分析了相变材料在水泥砂浆基材料不同掺量下的热湿传递性能,通过分析比较几组试块数据的差异,指出相变材料的掺入干预了水泥砂浆结构内部的湿分变化过程,继而影响建筑材料正进行的湿传递过程。(3)本文通过实验在夏热冬冷地区(衡阳)室外自然环境下搭建多层相变墙体实验房和不含相变材料的普通墙体实验房。墙体的主体砖层均为加气混凝土砌块,相变墙体主体砖层两侧置入不同相变温度的相变材料,普通墙体主体砖层两侧为相同厚度的普通水泥砂浆。本实验通过对墙体内外表面和内部的温湿度数据采集,对比分析两种墙体在夏季和冬季的温湿度变化,研究夏热冬冷地区相变墙体在冬夏季的热湿传递性能。结果表明,相变墙体在夏季可减小室内温度波动并有效地降低室内最高温度,在冬季可减小室内温度波动并能提高室内最低温度,且相变墙体在冬夏季均具有一定的调湿作用。(4)利用COMSOL Multiphysics软件对仅考虑传热的相变墙体,考虑热湿传递的相变墙体,仅考虑传热的普通墙体和考虑热湿传递的普通墙体四种情况下的热湿物理场进行求解计算,得出多种场协同作用下墙体温度和湿度随时间变化曲线,进一步验证相变墙体热湿传递的特性。

关键词：夏热冬冷相变墙体热湿传递特性

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相变材料选用及储能墙体节能研究进展

化工新型材料 2023年第2期51卷 207-212页

作者：陈璞蒋达华徐玉珍李亚宏江西理工大学土木与测绘工程学院赣州341000

相变材料由于相变温度恒定、储能效果好、稳定性好等特征,在建筑墙体中的应用越来越多。介绍了相变材料的分类及建筑用相变材料的选择原则,分析了影响相变墙体节能效果的因素,总结了相变储能墙体构件形式及特征,并对相变墙体在建筑中的... 详细信息

相变材料由于相变温度恒定、储能效果好、稳定性好等特征,在建筑墙体中的应用越来越多。介绍了相变材料的分类及建筑用相变材料的选择原则,分析了影响相变墙体节能效果的因素,总结了相变储能墙体构件形式及特征,并对相变墙体在建筑中的应用节能效果进行了综合对比分析。结果表明,相变墙体的节能效果受到诸多因素的影响,包括相变材料自身特性、气候、墙体形式及材料经济性等。因此需要综合衡量才能得到相变材料在墙体中的最佳应用方式,使相变墙体的节能性能最优化。通过综合布局可以有效地发挥相变材料的高储能性,从而达到降低建筑能耗、提高室内热舒适性的目的。

关键词：相变材料储能相变墙体节能

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相变墙体构造对室内热稳定性影响分析

绿色科技 2023年第2期25卷 237-241页

作者：张丽娟魏通田国华王晓玲江苏建筑职业技术学院建筑智能学院江苏徐州221116 江苏建筑职业技术学院江苏建筑节能与建造技术协同创新中心江苏徐州221116

由于相变材料的合理利用,能够有效提高建筑的室内热稳定性,降低建筑物的能源消耗;不同的相变墙体构造,其室内热稳定性也不同。为研究徐州冬季工况下适宜的相变墙体构造,通过ANSYS workbench软件,针对3种不同构造的相变墙体,模拟了其传... 详细信息

由于相变材料的合理利用,能够有效提高建筑的室内热稳定性,降低建筑物的能源消耗;不同的相变墙体构造,其室内热稳定性也不同。为研究徐州冬季工况下适宜的相变墙体构造,通过ANSYS workbench软件,针对3种不同构造的相变墙体,模拟了其传热过程,并对室内外表面温度进行了分析。结果表明:徐州冬季工况时,内侧相变墙体内表面最低温度升高了0.35℃,相较于外侧和夹心相变墙体,提升幅度明显,同时,内侧相变墙体内表面温度的波幅也明显降低,内侧相变墙体对室内温度的调节作用明显,冬季工况下室内热稳定性最优。

关键词：相变墙体构造内表面温度热稳定性