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1相變材料在建筑圍護結構中的應用研究

1.1國內外研究成果

根據蓄能方式，建筑圍護結構包括主動蓄能和被動蓄能兩種蓄能方式。主動蓄能指由相變材料制成的建筑結構和空調采暖有機組合在圍護結構內，通過換熱裝置的控制與調節進行相變材料的放熱、吸熱過程。被動蓄能指圍護結構依靠太陽輻射熱流或室溫變化對熱量進行吸收和釋放。主動蓄能的研究舉例如下：某科研人員根據相變蓄能式吊頂空調采暖系統和地板熱水低溫采暖系統，模擬出系統在熱環境工作穩定情況下的傳熱過程，利用數值模擬分析相變溫度對吊頂和地板表面蓄能比和平均熱流的影響，得出混凝土地板和相變材料的熱性能差異：相變材料比混凝土蓄能效率高出35%左右。被動蓄能的研究舉例如下：科研人員在某向光地區建立一座140m2的被動式輕質太陽房，采用相變材料墻板為熱存儲構件。通過一年的觀察研究發現，采用相變材料的墻板一年可以節省15%的能耗費用或者3GJ的熱量。

1.2相變材料在建筑圍護結構中的節能測試及分析

如何清晰了解相變材料在建筑圍護結構中的節能效果，通常采用模擬測試和結果分析的方式進行。以相變墻房間和普通墻房間做熱工對比，分析出相變材料墻體房間的溫度變化。由于不同地區的晝夜溫差不同，所以對不同區域進行試驗、分析。

1.2.1晝夜溫差較大的嚴寒地區

在該類地區進行試驗，其過程包括：建立兩個相同結構且大小相同的建筑房間，中間用墻體分隔。面積為3m2，高度2.70m。一間房間的墻壁和天花板安裝含有相變材料的石膏板，另外一間采用普通墻壁、天花板石膏板。板厚均為12.5mm。可采用硬脂酸丁酯、軟脂酸丁酯相混合的相變材料。由于石膏板氣孔含量較多，吸附性較好，能夠輕易的吸收相變材料。操作時可將石膏板泡入相變材料10min左右，當吸收相變材料比重達25%時完成。房間頂棚裝有2,040w電熱膜，并用40mm超細玻璃棉保溫。在房間和頂棚之間鋪一層150mm玻璃棉，起到絕熱的效果。測試過程中，可在各個房間內、頂棚下和地板上、外墻壁上300mm處布置熱電偶，在內墻壁上裝設熱流計板，對房間內溫度進行24小時記錄，每十分鐘可采集數據一組。根據測試結果：相變墻板能夠有效控制相變房間中的溫度平衡，減少室內散熱量，提高室內居住舒適度。同時，采用相變墻的房間可以減輕室內的采暖負荷，減少配套設備的投資、規模，能有效緩解我國電力緊缺現狀。

1.2.2晝夜溫差較小的炎熱地區

在夏熱冬冷地區，如果使用輕重質或輕質復合墻材，夏季會降低墻體蓄熱能力，造成建筑物溫度較高且波動較大。通過測試表明，空調連續運作情況下，混凝土砌塊和保溫材料外墻的溫度波幅在1.5℃～2.5℃。若空調間歇性運作，建筑外墻的表面溫度波幅相比增加1℃。若沒有空調運作，單依靠自然通風，結構屋頂和外墻表面對人體有明顯的烘烤感。在建筑圍護結構中使用相變材料可以有效增加圍護結構的蓄冷、隔熱能力，降低內墻溫度峰值，減少溫度波動，起到良好的節能效果。在該類地區進行試驗，其過程包括：建立兩個相同結構且大小相同的建筑房間，一個為普通實驗房間，一個為含有變相材料圍護結構的實驗房，采用木框架和EPS輕質泡沫板結構，墻面采用1.2mm木層板，外墻粉刷白色涂料。在兩個房間內放置溫度傳感器，位于屋面1.5m處加設溫度傳感器，每3分鐘記錄、檢測溫度，測試時間為4天。同時，采取夜間開窗、白天閉窗的形式來測試夜間通風技術能否影響相變墻體放熱性能和室內熱環境。通過以上試驗測試數據表明：晝夜溫差較大區域，采用通風技術和相變墻體能夠有效改善室內熱環境效果。晝夜溫差較小地區，采用相變墻體作為建筑圍護結構雖然能夠有效的蓄熱，但可能引起室內熱量聚集的問題。因此，在夜間結合通風技術能夠有效地改善房間內熱環境，達到建筑節能的效果。

2結語

總結試驗結果表明：相變材料能夠明顯增強建筑圍護結構熱惰性，確保室內熱穩定，尤其在夏季能夠明顯降低室內溫度；炎熱條件下，相變墻體材料配合夜間通風可以有效釋放室內熱量；相變材料的儲熱功能，即與室外環境密切有關，又受相變溫度、材料用量以及墻體結構的影響。

作者：何世華單位：福建省建筑科學研究院