相变储热材料的封装优化及在寒区村镇中的应用效果

摘要

火墙火炕是我国北方严寒地区村镇建筑普遍采用的间歇式采暖方式之一，但是由于红砖等建筑材料自身的储热能力差，热量存储效率和能源利用效率低，导致居住环境舒适性不能满足居民要求。而相变材料在相变过程中能够吸收或释放大量潜热，将其应用于建筑物可提高了房屋整体储热调温能力和能源利用率，使之成为近年来研究较为广泛受到普遍关注的一种新型建筑节能材料。本文基于前期研究提出的储热材料的封装方法进行优化改进，并通过实验室小房屋和实际村镇建筑物对其储热调温效果进行测试与评价，为其进一步推广应用提供理论依据与技术支持。本文主要工作如下：
　　（1）理论分析与计算机模拟。
　　利用ABAQUS软件对火墙传热方式进行有限元数值模拟，设定火墙内高温烟气温度为200℃，持续加热时间为5h，停止加热后时间4h，得出相变材料区域较红砖区域温度在加热阶段上升慢，在散热阶段温度下降慢，体现了相变材料的“削峰填谷”作用。
　　（2）解决相变材料封装体的体积变形问题。
　　主要采取两种方法来缓解相变材料相变过程中产生的体积变化。第一种，在封装外壳处开槽，通过局部连接硅橡胶的方式解决储热材料冷热变化产生的膨胀泄漏问题，采用全自动冷热循环机进行试验，发现装置变形有所缓解，但因不能找到一种实际方法，使软质橡胶与铁制品结合，导致装置泄漏。第二种，加热储热盒体，避免相变材料处于液体时装入盒体过程中发生固化，以保证相变材料液体体积恰好等于盒体内部容积。该储热装置放在冷热循环机当中进行试验，结果装置内部相变材料质量损失为零。
　　（3）通过导热/隔热双面层翅片控制相变材料的吸放热过程与储热效率。
　　针对相变材料宏观封装盒体在火墙中应用所存在的加热阶段吸热速度慢和放热阶段热量从火墙内部散失的问题，提出了采用吸热-隔热双面切换式导热翅片的优化设计方案。将优化设计的相变材料宏观封装盒体安装到实验室小房间内进行模拟火墙采暖实验测试，研究了封装盒体数量、加热时间、隔热层厚度等参数对相变材料调温效果的影响规律。结果表明：相同条件下，随着火墙上安装相变材料盒体量数量增加、加热时间延长，相变材料对房间内温度的调节作用越明显，房间内温度越稳定。采用吸热-隔热双面切换式导热翅片优化后的相变材料盒体可使房间内温度下降减缓，提高了相变材料的储热和调温效率。
　　（4）实际村镇建筑物现场实验研究。
　　确定哈尔滨市附近某村镇建筑物，此建筑物的冬季采暖完全采用的传统的火墙。通过在火墙表面安装相变材料封装体，得出随着相变封装盒体数量增加、盒体中铜网数量增加、加热时间延长，房间内温度都呈现出上升趋势，相变材料在实体建筑中的起到调温效果。

目录

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第1章绪论

1.1课题背景

1.2相变储热材料的概述

1.3 国内外研究进展

1.4课题内容

第2章相变储热材料封装盒体吸放热过程数值模拟

2.1数值模拟原理

2.2数值模拟模型及步骤

2.3数值模拟结果

2.4本章小结

第3章相变储热材料封装盒体的优化设计

3.1原材料与试验器材

3.2 减小膨胀应力

3.3提高储热效率

3.4试验方案操作流程

3.5本章小结

第4章相变储热装置实体建筑应用效果评价

4.1采暖建筑实体

4.2试验仪器

4.3试验原理和测试方案

4.4相变封装盒体对房间内温度调节效果

4.5铜网数量不同相变封装盒体对房间内温度调节效果影响

4.6不同数量相变封装盒体对房间内温度调节效果影响

4.7不同加热时间对房间内温度调节效果影响

4.8本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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