相变材料和隔热材料在不同地区建筑中应用效果之比较分析

摘要

相变蓄能在采暖空调中的应用已成为建筑节能领域的研究热点。现有相变材料用于建筑节能的研究都是针对具体系统和特定工况进行的实验或模拟计算，而相变材料应用于建筑物将伴随其经历全年的气象条件，能否在不同气象条件下节能，以及如何在不同地区的建筑中合理应用均值得研究。 建立了标准房间南墙有无外保温和围护结构有无相变材料的非稳态传热模型，选取北京地区冬夏两季典型气象数据，分别研究了相变材料和隔热材料在被动式和主动式建筑中的应用效果。具体研究内容包括：相变材料在被动式建筑中蓄存夜间冷量对室温的影响；相变材料和隔热材料在主动式建筑夏季空调运行时的节能效果比较；采用电加热或太阳能热水地板采暖系统时，地板层中有无相变材料对室温和采暖耗电量影响。 研究发现，被动式建筑的内墙均为相变材料时可满足其夏季舒适度要求，但无法选择合适熔点的相变材料同时满足冬夏两季舒适度要求；主动式建筑的墙体内表面添加2cm的相变材料未能有效降低单位面积空调能耗，增加墙体中相变材料的含量有利于空调能耗的降低；南墙外保温后采暖能耗显著降低，但在夏季会阻碍散热，需对其进行全年节能效果综合评价；采用相变蓄能式地板采暖系统在提高室温的同时减少了采暖耗电量。 利用典型气象年逐时数据，讨论了五个热工分区中典型城市的建筑采用外保温或相变材料后，全年室温和采暖空调能耗的变化情况，并分别采用“全年累计满足舒适度小时数”和“单位面积耗电量”作为两种材料在被动式和主动式建筑中应用效果的评价指标，结合“峰谷电价”、采暖或空调运行费用和材料的初投资，对其在不同地区应用进行了可行性分析。 研究发现，外保温随采暖能耗在整个建筑能耗中比例的增大而愈显重要，在寒冷地区，外保温每年可节约近千元的采暖费用，在夏热冬冷地区，每年节约费用降为150元左右，而在夏热冬暖地区不建议采用外保温，可考虑采取外遮阳和通风可调等措施来减小建筑能耗；内墙为相变材料可使被动式建筑夏季具有较好的舒适度和主动式建筑夏季空调能耗降低，但相变材料成本较高，北京、上海和广州地区投资回收期至少为15年；在仅需考虑采暖需求的哈尔滨地区，相变蓄能式地板采暖系统节能效果较好，投资回收期可控制在5年左右，但采用外保温比相变材料更具经济性，投资回收期仅为1.5年。

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第一章绪论

1.1我国建筑能耗现状

1.2相变材料在建筑节能中的应用

1.2.1相变建筑材料的研制和性能研究

1.2.2相变材料在被动式建筑中的应用效果研究

1.2.3相变材料在主动式建筑中的节能效果研究

1.2.4相变材料传热计算方法研究

1.3本论文的主要研究内容

参考文献

第二章标准房间热性能和太阳能热水地板采暖系统模型的建立

2.1引言

2.2标准房间热过程模拟的物理模型

2.3标准房间热过程模拟的数学模型

2.3.1墙体传热模型

2.3.2室内空气的能量方程

2.3.3南窗的能量方程

2.3.4模型的离散化

2.4太阳能热水地板采暖系统模型

2.4.1太阳能集热器数学模型

2.4.2地板采暖系统的模型

2.5小结

参考文献

第三章相变材料和隔热材料在建筑中应用方式及效果研究

3.1引言

3.2相变墙体在被动式建筑中应用效果分析

3.2.1夏季应用效果研究

3.2.2冬季应用效果研究

3.3相变材料在主动式建筑中节能效果分析

3.3.1冬季应用效果研究

3.3.2夏季应用效果研究

3.4隔热材料在建筑中应用效果分析

3.5小结

第四章相变材料和隔热材料在不同地区建筑中应用效果比较分析

4.1引言

4.2不同地区相变材料和隔热材料的应用效果

4.2.1北京地区模拟计算结果

4.2.2上海地区模拟计算结果

4.2.3广州地区模拟计算结果

4.2.4其他地区模拟计算结果

4.3小结

参考文献

第五章结论

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

致谢