相变墙体在建筑中的应用研究.pdf

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1、相变墙体在建筑中的应用研究贺礼荣(中国建筑西南设计研究院有限公司，四川成都610041)摘要：利用相变储能建筑材料，可以减小室内温度波动，提高热舒适度，并在一定程度上降低了建筑采暖空调能耗，提高了能源利用效率。本文应用ENERGYPLUS软件对采用相变材料作为墙体的某交通建筑的热舒适性进行数值模拟。研究在不同地区交通建筑墙体和柱子中加入相变材料后，对室内热舒适性的影响。并通过改变相变墙体层的结构、厚度和相变温度，分析不同的参数值对于室内能耗的影响。通过分析和比较，得出如何在不同地区的交通建筑中合理有效的利用相变材料，以促进建筑节能和节资。关键词

2、：相变材料；室内热环境；建筑节能；数值模拟中图分类号：TU201．5文献标识码：B文章编号：1672—4011(2012)06一0011—021研究背景近年来，一些大型火车站在中国各大城市不断涌现，这些火车站空间庞大、结构复杂，客流量均在万人以上，而且24h不间断运行。另一方面，随着人们生活水平的提高，人们对室内环境舒适度的要求也越来越高，空调能耗随之大幅增高，造成能源消耗过快，环境污染增加、电网负荷峰谷差过大、峰负荷时电力供应严重不足等问题。随着可持续发展战略在中国的实施，建筑能耗问题和环境保护问题己成为人们关注的热点，这就使得现代暖通空调设

3、计在满足健康、舒适基本要求的同时，还要满足能源有效利用和环境保护等多方面的要求。在我国一些地区，利用夜间建筑围护结构蓄冷的方式可以调节建筑室温、提高室内舒适度、降低空调能耗，是实现持续发展建筑环境控制的一条新途径¨。J。将相变材料掺入到现有的建筑材料中，制成相变蓄能围护结构，可以大大增加围护结构的蓄热功能，使用少量的材料就可以储存大量的热量。国内外众多学者采用试验的方法对相变墙的热物理特性进行了大量的研究怕4j，但对于大型交通建筑采用相变墙的情况却少有发表。因此本文采用Energyplus软件和一维数值模拟方法对某地区的采用相变墙的大型交通站模

4、型进行了深入分析研究。2模型建立2．1建筑结构旅客站房为一层的大空问建筑，空间尺寸约为长65in、宽30m、高12．5111，节能设计标准，玻璃幕墙的窗墙比为0．7，人员密度为1．k／m2，照明负荷10W／m2，设备负荷为2kW。南=jU,f-墙为玻璃幕墙，南外墙上有一门为10m×2．7i'll。建筑围护结构参数如表1所示。作者简介：贺礼荣(1984一)，女。研究生、中国建筑西南设计研究院有限公司，助理工程师。表1围护结构组成围护P(kg·Cp(kJ·X(w·m。UfW·结构材料m一31kg一1℃一1)℃’11rfl一20c—l、石膏16018

5、36．8(加入相变材料)外墙玻璃纤维11．478300．04普通砖1922836．8O．73石膏1601836．8(加入相变材料)屋顶卵石88116731．43混凝土2242836．81．73绝缘材料91836．80．04石膏1601836．8地板(加入相变材料)混凝土2242836．8外窗1．52．2数值方法2．2．1围护结构传热描述建筑围护结构的方程主要有导热方程、内表面热平衡方程和外表面热平衡方程。。对于相变墙的固相区域，热流以热传导方式传递，其能量微分方程为热传导方程¨0

6、：a?1．pIc，=÷=V·(k。Vt)+gJ(1)口‘式中，Z

7、为固相区域沮度(K)；￡为时间(s)；以为固相区域密度(kg／m3)；c，为固相区域比热容(J／(kg·K)；

8、j}，为固相区域导热系数(w／(I,i12·K)；吼为固相区域体积热源(W／m3)。对于液相区域，热流还会以可能存在的对流方式传递，因此，液相区域的能量微分方程包含对流项，方程形式如下¨“：一T．Plc。=(专+口·Vt)=V·(klV瓦)+g。(2)01,式中，11为运动粘度(m2／s)，其余各项符号意义与式(1)相同，只是下标1表示液相区域。围护结构内表面在建筑热过程计算中，通常被简化为无相变过程，不计水蒸汽扩散引起的热量传递。方

9、程形式如下式所示。1“：譬￡鲋+qs霄+q￡豁+q越+q蛐i+譬。脯。=0(3)式中，g。w为室内墙体间，长波辐射净换热量；q。可为室内光源对墙体内表面的短波辐射净热量；qLws为室内设备对墙体内表面的长波辐射换热量；q。为通过墙体传递的热量；q“为墙体内表面吸收透射人室内太阳辐射的热量；9一为墙体内表面与室内空气的换热量。墙体外表面的换热主要包括与室外空气的对流换热、吸收太阳辐射、向壁体内部传热、与周围环境表面的长波辐射，围护结构外表面的热平衡方程如下式所示¨⋯：g。。_+g￡非+g⋯一gb=0(4)式中，q。为墙体外表面吸收的太阳辐射量(短

10、波辐射，包括直射和散射)；q。硼为墙体外表面与周围空气和其他物体的长波换热量；g⋯。为墙体外表面与室外空气的对流换热；‰为外表面通过热传导传人墙体内部