相变材料在寒冷地区居住建筑节能中的应用研究

为解决我国北方地区传统建筑围护结构蓄热能力差、热损失大等问题,将相变材料(PCM)与建筑围护结构相结合,设计成蓄热调温型围护结构,能为北方地区节能改造提供新的设计思路。利用EnergyPlus软件,以北方地区民居为例,从调整相变材料位置和相变温度的视角,分析相变材料对建筑能耗的影响。结果表明:当相变材料安置于墙体的中间层或内层时,制冷能耗、采暖能耗和总能耗分别降低46%(20℃)、81%(15℃)和47%;从相变温度角度看,当相变温差为1℃时,最小采暖、制冷能耗、总能耗分别为2.60 kW·h/m^(2)、4.55 kW·h/m^(2)和15.01 kW·h/m^(2),对应的节能率达90.1%、70.3%和64.1%。

基于热性能的相变混凝土复合自保温砌块的优化设计——以寒冷地区夏季工况为例

为提高混凝土复合自保温砌块的热工性能,将相变材料填充到砌块中,形成相变自保温砌块。设计了五种相变自保温砌块,采用ANSYS软件模拟分析不同方案的保温性能,得到最优砌块块型。在此基础上,以西安地区夏季某朝南房间为研究对象,采用EnergyPlus软件对相变砌块房间展开热环境模拟,研究不同相变温度及相变材料安装位置对室内热环境的影响,探究最优相变层位置及最优相变温度。研究结果表明:孔型为三排交错排列的砌块为最优砌块,其砌筑墙体传热系数为0.439 W/(m^(2)·K);夏季初始室外气温中温时段、中间高温时段以及末期低温时段的最优相变温度分别为24.00、30.00及28.00℃。整个夏季的最优相变温度为26.00~28.00℃,最优相变层位置为砌块内侧孔。对于整个夏季,相变材料安装位置对室内温度的影响高于相变温度的影响,优化设计时应重点考虑。