相变蓄能板的制备及围护结构蓄冷蓄热研究

摘要

利用相变材料蓄放热能力来存储能量的技术被称为相变蓄能技术。将相变蓄能技术与建筑围护结构相结合，可以增加围护结构的热惰性，同时减小室内热环境的波动，起到建筑节能的目的。本文旨在从复合相变材料的配置出发，研制出一种新型的相变蓄能板材，并对其进行围护结构自然蓄冷实验、结合太阳能系统蓄热实验测试研究，测试其蓄热蓄冷效果，分析计算蓄热蓄冷量。 首先，采用真空吸附法，以25#低温石蜡为相变材料，膨胀珍珠岩为支撑材料，配置出石蜡/膨胀珍珠岩复合相变颗粒，对其进行了扩散-渗出圈泄露性测试、SEM扫描电镜测试、DSC差示扫描量热测试及FT-IR红外波谱测试，并对复合相变颗粒进行表面膜覆工艺，制得复合相变材料。再以定模压制的方法研制出相变蓄能板材，对相变蓄能板材进行了稳态和非稳态热响应测试，相变蓄热板材在外界冷热变化过程中蓄热和延迟现象明显，热惰性较强。 其次，搭建了三个实验房对相变蓄能板材进行蓄冷实验研究：分别将相变蓄能板与实验房内壁面（PCESP-I）、外壁面（PCESP-O）相结合，并设置对比实验房（Reference），采用四种控制策略利用夏季夜间低温空气自然通风对相变蓄能板进行蓄冷，对比分析相变蓄能板的蓄冷效果及对实验房的温度影响情况。结果表明：将相变蓄能板材应用于实验房内壁面，实验房内部温度的衰减性和延迟性更加明显。 再次，在蓄冷实验研究的基础上，将相变蓄能板与实验房内壁相结合，同时设置相变蓄热箱体对太阳能系统收集的热量进行蓄热，测试分析在四种不同的控制策略下相变实验房和对比实验房内壁面的相变蓄能板的蓄放热情况和实验房的温度变化情况。同时，采用了动态和静态两种方法对蓄热量进行了计算和验证，证明了测试系统数据的准确性和测试系统的合理性； 测试结果表明：蓄冷实验PCESP-O和PCESP-I实验房与Reference实验房相比，峰值温度时刻平均延迟了29.67min和87.33min，峰值温度平均值分别降低了3.29℃和6.84℃；蓄热实验相变房间与对比房间相比，室内温度峰值延迟了133.6min，室内温度平均值增加了4.97℃；相变蓄能板能够对房间温度的调节起到明显的作用。

目录

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第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2相变材料概述

1.2.1 相变材料定义和分类

1.2.2 相变材料的应用

1.3相变蓄能国内外研究进展

1.3.1 国内研究进展

1.3.2 国外研究进展

1.4本文主要研究内容

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线

1.4.3 本文创新点

第二章 基于复合相变颗粒的蓄能板材制备及其性能测试

2.1相变材料的选择及热物性测试

2.1.1 相变材料的选择

2.1.2 相变材料热物性测试

2.2支撑材料的选择及表征

2.2.1 支撑材料的选择

2.2.2 支撑材料的表征

2.3真空吸附法制备复合相变颗粒

2.3.1 实验材料

2.3.2 实验设备

2.3.3 制备方法

2.4复合相变颗粒测试与分析

2.4.1 实验设备

2.4.2 复合颗粒最佳配比及渗透性测试分析

2.4.3 复合颗粒DSC测试分析

2.4.4 复合颗粒SEM测试分析

2.4.5 复合颗粒FTIR测试分析

2.4.6 复合颗粒耐久性测试分析

2.5相变蓄能板材制备

2.5.1 定模压制法蓄能板材预制备

2.5.2 真空加热滚筒和定模压制模具蓄能板材制备

2.6相变蓄能板材热响应实验测试

2.6.1稳态热响应实验

2.6.2非稳态热响应实验

2.7 本章小结

第三章 相变蓄能板轻型围护结构实验房蓄冷实验研究

3.1实验方案

3.1.1 典型气象年气象参数

3.1.2 轻型围护结构实验房概述

3.1.3 相变板材预制备

3.1.4 相变板材与围护结构结合方式

3.2实验仪器

3.3实验策略

3.3.1 实验测试策略

3.3.2 实验测点布置

3.4实验结果

3.4.1 自然蓄冷

3.4.2夜间开南窗自然对流

3.4.3夜间开南北窗自然对流

3.4.4无太阳辐射时开南北窗自然对流

3.5本章小结

第四章 相变蓄能板结合太阳能相变蓄热箱体实验房蓄热实验研究

4.1实验系统概述

4.1.1 系统连接主要构件

4.1.2 系统连接方式

4.1.3 相变板材与围护结构结合方式

4.1.4 夜间温度补偿装置

4.2实验测试

4.2.1 测试设备

4.2.2实验测点布置

4.2.3 实验测试策略

4.3结果与讨论

4.3.1策略一

4.3.2策略二

4.3.3策略三

4.3.4策略四

4.3.5蓄热量计算与分析

4.4本章小结

第五章 结论

5.1主要结论

5.2研究方向展望

参考文献

攻读学位期间取得的相关成果

致谢