太阳能相变蓄能通风系统实验研究

针对太阳能通风的不稳定性和不可控性,提供一种利用太阳能作为热源,相变蓄热材料在日间进行蓄热,夜间利用储存热量热压通风的新型系统,使建筑物达到理想的通风效果.通过分别对相变温度为63℃、44℃的相变蓄热材料进行通风实验,得到不同相变温度下系统夜间通风量变化特性.结果表明,采用相变温度分别为63℃、44℃的相变蓄热材料棕榈...     

太阳能相变蓄热地面辐射供暖系统性能仿真

以北京某建筑为研究对象,建立太阳能相变蓄热地面辐射供暖系统,对系统热负荷、相变蓄热地板、集热器、电辅助加热器进行设计计算。以TRNSYS软件中的典型年1月为模拟时间,在相同运行策略下,对太阳能相变蓄热地面辐射供暖系统、太阳能地面辐射供暖系统(未设置相变材料层)的室内温度进行仿真模拟。最冷月1月两种系统均在大部分时间保证室内温度大于等于18℃。采用太阳能相变蓄热地面辐射供暖系统时,室内平均温度为19.13℃。采用太阳能地面辐射供暖系统时,室内平均温度为18.53℃。太阳能相变蓄热地面辐射供暖系统的热舒适性略高。     

严寒地区空气-地源热泵耦合系统性能研究

提出一种结合相变蓄热地板的空气-地源热泵系统,为严寒地区机场辅助用房提供室内环境保障,满足供热、供冷和供生活热水的需求,采用数值模拟的方法研究其供暖期性能。相变蓄热地板能够对室内温度起到较好的调节作用,当室外温度为-25~-5℃时,有相变蓄热地板的室内温度在16.9~19.3℃范围内波动,满足人体舒适度的要求,对比无相变蓄热地板的室内温度,有相变蓄热地板的室内温差减小44%左右。室外温度对空气源热泵制热性能系数影响较大,制热性能系数随着室外温度降低而降低。在室外温度为-15℃时,空气源热泵的制热性能系数在2.3以上。随着室外温度降低,地源热泵的制热性能系数增加,室外温度低于-25℃时,地源热泵制热性能系数能够保持在4.4以上。供回水温差对地源热泵的制热性能系数影响较大,对空气源热泵的制热性能系数影响较小。当空气源热泵和地源热泵的启停切换温度为室外日平均温度-15℃时,整个供暖期热泵系统的平均制热性能系数最高达到4.2,最低为2.4,平均值为3.28。在保证土壤热平衡的前提下,通过调整空气源热泵和地源热泵的运行时间,优化了系统经济性和节能性。     

相变蓄热地板回填材料的参数优选

针对采用相变蓄热地板(由保温层、回填层、找平层、装饰层组成)的地面辐射供暖系统房间,采用数值模拟方法,将室内温度的稳定性(室内温度变化幅度越小,变化周期越长,说明室内温度随时间的变化越平缓,室内温度的稳定性越好)、热水锅炉启停次数(越少越好)、热水锅炉启停间隔时间(在热水锅炉启停次数一定的前提下,启停间隔时间越短越好)作为指标,优选相变蓄热地板回填材料中相变微胶囊(相变材料为石蜡)的相变温度(15、20、30、35℃)、质量配比(相变微胶囊与水泥砂浆的质量比)。当室内温度由初始温度(3℃)随着热水锅炉的运行(提供50℃的热水)升至供暖室内设计温度(20℃),热水锅炉停止运行。但室内温度并没有随着热水锅炉的停止而迅速下降,而是继续上升一段时间后再下降,这主要是由于相变蓄热地板的蓄热量在热水锅炉停止后进行了释放。回填材料的相变微胶囊与水泥砂浆的最佳质量比为1∶1,相变微胶囊的理想相变温度为30℃。     

相变墙体与夜间通风改善轻质建筑室内热环境

将自制复合有机相变材料,与EPS保温材料相粘和,制作成轻质建筑用墙体材料,结合夜间通风技术,在重庆地区进行了含相变材料层和不含相变材料层轻质房间的室内热环境对比实验,以分析相变材料用量、相变温度及相变墙体结构等因素对相变墙体的蓄热、放热性能及对室内热环境的影响。实验结果表明：相变材料应用于轻质房间,能显著增强围护结构的热惰性,提高室内的热舒适性,采取夜间通风技术,可以有效地将日间蓄积的热量散至室外;含相变墙体材料房间与普通房间相比较,室内温度最高降低11℃左右,节能效果显著;室内平均温度符合《野营住房空间与环境参数限值》(GJB 4306 2002)中6.2条规定的3级要求;相变材料用量及相变温度对室内温度的控制效果较为明显,采用不同的相变温度,并将相变墙体房间相变材料用量提高1倍,两轻质房间室内温差最大值从3℃增大至11℃左右;进行相变墙体结构设计时,采取不同相变温度的材料搭配使用可以大幅提高其使用效果。     

太阳能蓄能通风系统理论模型

建立一个太阳能蓄能通风系统的理论模型,以计算该系统白天蓄热量和夜间通风量。以昆明市气象参数为依据,分析了采用相变材料的相变温度分别为38、44、50、63 ℃时,该系统通风量与烟囱倾角的变化关系。计算结果表明,对于不同相变材料,无论在何倾角下,他们的蓄热量大小趋势都是一致的,即相变温度越高,蓄热量越小。综合考虑通风量和通风时长2种因素,系统最佳倾角应该为45°,而最佳相变材料应为38 ℃十四烷酰。     

西安办公建筑相变蓄热通风技术的季节适宜性研究

以西安地区一栋典型办公建筑为例,运用EnergyPlus数值模拟软件研究了相变蓄热通风技术在过渡季节和炎热季节的应用情况。采用日累计降温幅度ΔT和降温潜力百分比J两个指标对其降温效果进行评价,分析了相变材料充分发挥相变潜能时室外干球温度的日气温特征,并基于ASHRAE 55热舒适模型评价了该技术对室内热环境的改善情况。结果表明:当室外干球温度最大值高于相变区间上限值3℃时,最低温度低于相变区间下限值3℃,且日平均温度处于相变区间范围内时,相变蓄热通风技术能够充分发挥相变蓄能作用;该技术在过渡季节的应用效果优于炎热季节,与夜间自然通风技术相比,该技术可使整个过渡季节室内空气温度降温幅度提高14%,室内操作温度满足ASHRAE 55标准的80%,可接受温度范围的小时数提高8%,而整个炎热季节室内空气温度降幅只提高5.6%,室内操作温度满足ASHRAE 55标准的80%,可接受温度范围的小时数仅提高1%。     

不锈钢球封装相变材料太阳能热水系统性能实验研究

对居住建筑集中式太阳能热水系统的蓄放热性能进行了研究,选取直径为60 mm的不锈钢球封装添加膨胀石墨的石蜡相变材料,对比了相变温度为55℃和60℃的相变材料在不同太阳辐照量情况下的相变水箱蓄热、放热和保温性能。以用户日最大需求为基准,对太阳能保证率进行了计算。结果表明:热水系统的蓄热时间为2.0～4.5 h;55℃和60℃相变材料对应的太阳能保证率平均值分别为75%和80%,相变蓄热效果好于无蓄热工况,且相变蓄热使系统的太阳能保证率有明显提升;相变温度为60℃的材料较适用于集中式太阳能热水系统。     

相变微胶囊硅藻土蓄热板材制备与性能研究

以正十八烷相变微胶囊为蓄热材料,制备相变微胶囊/硅藻土复合材料,并通过压模法制备相变微胶囊/硅藻土蓄热板材。采用差示扫描量热仪、电子扫描显微镜、傅里叶红外光谱仪测试分析复合材料性质,测试蓄热板材的导热系数,对蓄热板材进行蓄放热性能实验,分析其蓄热性能。结果表明:相变微胶囊/硅藻土复合材料熔化、凝固温度分别为25.64、24.04℃,熔化潜热、凝固潜热分别为59.51、56.97 J/g;蓄热板材在温度变化中有明显滞后性,有助于调节室内温度平衡。     

塑料球封装相变材料太阳能热水系统蓄热性能实验研究

搭建了一套相变材料太阳能热水蓄热性能实验系统,选取直径为100 mm的塑料球封装石蜡相变材料,对55℃和60℃两种相变温度的蓄热性能进行了测试,并对相变材料中添加膨胀石墨的蓄热性能进行了对比。结果表明:55℃相变材料的蓄热性能较好,添加膨胀石墨后相变材料的蓄热性能得以强化。     

相变墙体冬季传热性能评价及相变参数优化

本文从相变墙体冬季的传热过程出发,提出“保温因子”和“放热因子”评价其传热性能。然后,利用热阻法建立相变墙体在冬季的传热模型,并利用单因素分析的方法研究相变墙体内外层热阻和相变温度对“保温因子”和“放热因子”的影响,结果显示当相变墙体的作用是保温的情况下,相变层应布置在墙体的外侧,相变温度应该接近室内空气温度。当相变墙体的作用是放热的情况下,相变层应布置在墙体的内侧,相变温度应该尽量高一些。本研究可以为相变墙体的应用提供理论支持。     

Performance of phase change material boards under natural convection

The high thermal storage capacity of phase change material (PCM) can reduce energy consumption in buildings through energy storage and release when combined with renewable energy sources, night cooling, etc. PCM boards can be used to absorb heat gains during daytime and release heat at night. In this paper, the thermal performance of an environmental chamber fitted with phase change material boards has been investigated. During a full-cycle experiment, i.e. charging–releasing cycle, the PCM boards on a wall can reduce the interior wall surface temperature during the charging process, whereas the PCM wall surface temperature is higher than that of the other walls during the heat releasing process. It is found that the heat flux density of the PCM wall in the melting zone is almost twice as large as that of ordinary wall. Also, the heat-insulation performance of a PCM wall is better than that of an ordinary wall during the charging process, while during the heat discharging process, the PCM wall releases more heat energy. The convective heat transfer coefficient of PCM wall surface calculated using equations for a normal wall material produces an underestimation of this coefficient. The high convective heat transfer coefficient for a PCM wall is due to the increased energy exchange between the wall and indoor air.     

相变热回收式通风装置的研发及性能测试研究

随着建筑节能标准的提高,建筑外窗气密性要求不断提高。靠门窗渗透的自然通风量已不能满足室内空气质量的要求。采用机械通风的方式引入新风也存在着通风量的大小及通风模式会影响建筑节能的问题。为此,将相变蓄能技术应用于民用建筑的机械通风系统,研发出一种相变热回收式通风装置,以更好地解决室内空气质量和节能问题。所研发装置利用相变材料的蓄、放热性能,通过交替运行的通风模式,以及通风装置的不断循环,实现无管道式的相变热回收式建筑通风系统。主要采用实验研究的方法,在人工气候室内对研发样机进行了2个蓄、放热周期(4种工况)的测试研究。结果表明,相变热回收式通风装置的进口温度恒定、出口温度随时间不断变化,不同时间阶段呈现不同的变化趋势。第一时间阶段,即初始阶段,出口温度随时间变化剧烈,表明相变蓄能装置进入相变阶段,相变潜热量不断增大。第二时间阶段,即相变阶段,出口温度随时间呈线性变化,表明相变蓄能装置温度恒定,与空气流体发生稳定的相变传热。第三时间阶段,即完成阶段,出口温度变化小,基本接近进口温度,表明相变蓄能装置相变结束。从相变传热机理进行分析,固-液相变传热过程主要包括液态显热蓄(放)热、相变潜热蓄(放)热和固态显热(蓄)放热3个阶段,实验过程中出口温度随时间变化呈现出的几个时间阶段的不同规律,与相变传热机理有关联且相互对应。相变热回收式通风装置的风量恒定、不同进口温度工况下的对比数据表明,进口温度与相变温度的温差越大,初始阶段的出口温度变化越剧烈,相变阶段的出口温度线性变化率越大,且蓄、放热效率越高。进口温度与相变温度的温差约17℃时,蓄、放热效率分别达到56.2%(蓄)、50.8%(放)。     

Effects of wallboard design parameters on the thermal storage in buildings

The phase change material (PCM) could be added to the wallboard to increase the thermal mass to decrease in indoor temperature fluctuation and improve thermal comfort. In this study, experimentally validated simulation was performed to investigate the effects of various parameters of PCM including the nominal average phase change temperature, its range, the convective heat transfer coefficients and the wallboard thickness on the thermal storage performance of the wallboard such as the thermal energy storage and the time shift.It was found that the average phase change temperature should be close to the average room temperature to maximize the thermal heat storage in the wallboards. The phase change temperature should be narrow to maximize the thermal heat storage in the PCM wallboards. The thermal heat storage increased with the convective heat transfer coefficient, and the optimal average phase change temperature to maximize the storage shifted a bit to a higher temperature with it. The time shift was found to decrease with the convective heat transfer coefficient and the phase change temperature range.     

相变材料应用于外墙表面隔热的研究

根据表面隔热机理,通过对普通外墙的理论计算分析,设计了新型的相变墙体。相变材料应用于外墙体外表面,夏季能有效的改善建筑物的外表面热环境,降低传入室内的热量,缓解室内空调冷负荷。同时,提出隔热相变材料的相变温度、掺量在不同气候环境下的选择方法。     

Modeling and simulation on the thermal performance of shape-stabilized phase change material floor used in passive solar buildings

Shape-stabilized phase change material (PCM) is a kind of novel PCM. It has the following salient features: large apparent specific heat for phase change temperature region, suitable thermal conductivity, no container. In the present paper, a kind of shape-stabilized PCM floor is put forward which can absorb the solar radiation energy in the daytime and release the heat at night in winter. Therefore, in winter the indoor climate can be improved and the energy consumption for space heating may be greatly reduced. A model of analyzing the thermal performance of this shape-stabilized PCM floor is developed. By using the modeling, the influence of various factors (thickness of PCM layer, melting temperature, heat of fusion, thermal conductivity of PCM, etc.) on the room thermal performance was analyzed. The model was verified by the experimental results. The model and the analysis are helpful for the application of shape-stabilized PCM floor in solar buildings.     

相变材料在建筑节能中的应用研究

相变材料在特定温度下发生相态变化,随着相态变化而吸收或放出热量,从而储存和释放能量。介绍了相变材料近年来在建筑砂浆、石膏板、混凝土、地板以及在建筑物制冷供暖系统中的应用。     

相变通风屋顶的供热节能优化设计研究

提出太阳能相变屋顶系统(主要由太阳能空气集热系统、相变通风屋顶组成),将两种相变材料(PCM1、PCM2,PCM1用于供冷期蓄冷,相变温度在35℃左右。PCM2用于供暖期蓄热,相变温度在18℃左右)及风道(预制在钢筋混凝土板内,供冷期利用夜间低温空气冷却屋顶与PCM1,供暖期利用太阳能空气集热器出口热空气加热屋顶与PCM2)预制在屋顶内,形成相变通风屋顶(由上至下的基本结构为保护层、防水层、找坡层、保温层、找平层、PCM1、钢筋混凝土板),实现供冷期夜间蓄冷日间吸热、供暖期日间蓄热夜间放热。针对供暖工况,采用模拟方法,结合评价指标,对相变通风屋顶中相变材料(由于供暖工况PCM1不发生相变,因此研究对象为相变材料PCM2)的相变温度、结构(即相变材料位置)、相变材料厚度进行优化选取。A型相变通风屋顶将PCM2设置在PCM1与钢筋混凝土板之间,B型相变通风屋顶将PCM2设置在钢筋混凝土板下面,C型相变通风屋顶将PCM2设置在预制风道外圈。PCM2的最佳相变温度为18~20℃,最优结构为B型相变通风屋顶,PCM2最佳厚度为30 mm。与无相变通风屋顶(将B型相变通风屋顶中的30 mm厚PCM2相变材料替换成相同厚度的水泥砂浆,保留预制风道,其他各层材料及厚度均保持不变)相比,最佳相变通风屋顶(PCM2相变温度为18~20℃、厚度为30 mm的B型相变通风屋顶)的各项评价指标均更优。     

相变材料与建筑围护结构蓄能一体化设计及应用

相变材料是传统材料与相变物质复合形成的一种新型储能材料,伴随着温度的变化改变自身物质状态而提供潜热的物质。依据相变材料不同的化学组成、相变温度和相变形式可以分为不同的种类。封装的相变材料可以广泛应用于建筑墙体、地板和吊顶中,使建筑围护结构具有自调节的功能,提高建筑室内环境的热舒适性和稳定性,从而达到节约能源的目的。     

Numerical and experimental study on heat pump water heater with PCM for thermal storage

An air source heat pump water heater with phase change material (PCM) for thermal storage was designed to take advantage of off-peak electrical energy. The heat transfer model of PCM was based upon a pure conduction formulation. Quasi-steady state method was used to calculate the temperature distribution and phase front location of PCM during thermal storage process. Temperature and thermal resistance iteration approach has been developed for the analysis of temperature variation of heat transfer fluid (HTF) and phase front location of PCM during thermal release process. To test the physical validity of the calculational results, experimental studies about storing heat and releasing heat of PCM were carried. Comparison between the calculational results and the experimental data shows good agreement. Graphical results including system pressure and input power of heat pump, time-wise variation of stored and released thermal energy of PCM were presented and discussed.