相變墻房間的蓄換熱性能實(shí)測分析

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　　摘要：在我國電力資源嚴(yán)重緊缺的時(shí)期，如何利用現(xiàn)有政策與建筑節(jié)能相結(jié)合達(dá)到節(jié)約電能，緩解供電負(fù)荷的目的已成為學(xué)術(shù)界急需研究解決的問題。本文提出了電熱膜與相變墻聯(lián)合使用，利用波谷電蓄熱，節(jié)約波峰時(shí)用電量以達(dá)到節(jié)能、電力“移峰填谷”的設(shè)想。并實(shí)驗(yàn)測試了相變墻房間對室內(nèi)溫度、熱流等值的影響，說明相變墻房間不僅可以緩解了電網(wǎng)的供電壓力，降低供暖系統(tǒng)的初投資及運(yùn)行費(fèi)用，而且可改善室內(nèi)的熱舒適性。

　　關(guān)鍵詞：相變墻房間 電熱膜 熱性能 熱舒適性

　　1、前言

　　本試驗(yàn)是在我國東北地區(qū)冬季氣候條件下進(jìn)行，通過將有機(jī)相變材料與建筑材料相結(jié)合研制出相變墻板，在相近似室外環(huán)境溫度條件下，比較相變墻房間與普通墻房間（均配有電熱膜供暖）的熱特性，進(jìn)而分析相變墻板的使用在節(jié)能方面的作用，以及它的使用對房間熱舒適性的影響。

　　2、實(shí)驗(yàn)介紹

　　2.1 相變墻板的研制與性質(zhì)

　　可作為相變墻體的建筑基材有石膏板、灰泥板、水泥板等。其中紙面石膏板有較好的多孔性，其中40%是氣孔，有很好的吸附性，相變材料可以很容易地被其吸收。并且紙面石膏板具有重量輕、隔聲、隔熱、加工性能強(qiáng)、施工方法簡便的特點(diǎn)，且其價(jià)格低廉，因此本試驗(yàn)選取山東泰山紙面石膏板廠生產(chǎn)的泰山牌石膏板作為建筑墻體基材，尺寸為1200mm×3000mm×9.5mm.

　　通過浸泡將相變材料滲入多孔的建材基體。這個(gè)過程滲透時(shí)間短，能控制相變材料的吸收量到設(shè)計(jì)水平[1].浸泡時(shí)間為6min-10min，石膏板中吸收的相變材料的比重在26%左右。對該相變墻板進(jìn)行了DSC（Differential Scanning Calorimetry，差示掃描量熱計(jì)）分析，得到該相變墻板的熔點(diǎn)為18.491℃，在室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度范圍內(nèi)，融解熱為39.126J/g.因此該墻板可應(yīng)用于相變墻房間。

　　2.2 相變墻房間介紹

　　相變墻房間的測試是在普通墻房間測試后進(jìn)行，因此在測試前已建好一采用普通墻體構(gòu)成的房間，房間尺寸為5m×3.3m×2.8m，結(jié)構(gòu)、墻板厚度在相變墻房間測試中不變。房間是南向，南墻、東墻與室外直接接觸，南墻被太陽直射，且有一雙層塑鋼窗，尺寸為1.5m×1.5m.東墻外有一墻體阻擋，使東墻全天24小時(shí)不被太陽照射。西、北墻均為內(nèi)墻。房間的門安置于北墻，尺寸為1m×2m，木質(zhì)。

　　房間在頂棚裝有2040W的電熱膜作為熱源，電熱膜上部用40mm厚的超細(xì)玻璃棉作保溫。在房間頂棚上再鋪上150mm的玻璃棉，使房間與頂棚上部達(dá)到近似絕熱。房間有使空氣混合均勻的攪拌器（風(fēng)扇）。

　　2.3 熱流計(jì)和溫度傳感器的布置

　　在普通墻與相變墻房間的測試中，都要在各房間內(nèi)、外墻壁上、頂棚下300mm、地板上300mm的相同位置布置了熱電偶、每個(gè)房間的內(nèi)墻壁上都按有一熱流計(jì)板，所得數(shù)據(jù)通過巡檢儀自動(dòng)采集，并通過232接口與計(jì)算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄和輸出。熱電偶與巡檢儀聯(lián)合使用后，對各房間的溫度、熱流值進(jìn)行24小時(shí)連續(xù)記錄，本實(shí)驗(yàn)各點(diǎn)數(shù)據(jù)設(shè)定為每10分鐘采集一組。

　　3、相變墻房間實(shí)測分析

　　最初的試驗(yàn)是對普通墻房間進(jìn)行連續(xù)三天的測試，實(shí)驗(yàn)期間電熱膜滿負(fù)荷運(yùn)行，與在近似相同的室外條件下的相變墻房間測試結(jié)果比較，由于所加工的相變墻板的相變溫度為18℃—24℃，相變墻板中的相變材料發(fā)生固—液相變。即相變墻房間溫度高于相變溫度范圍，相變墻板就成為了一個(gè)蓄熱設(shè)備，吸收房間多余的熱量；當(dāng)室內(nèi)溫度低于相變溫度，相變墻板中熱量將被釋放，提高房間溫度。通過比較得到相變墻板對室內(nèi)空氣溫度、墻體內(nèi)表面溫度、墻體表面熱流的影響。

　　3.1 室外測試環(huán)境比較

　　為了使相變墻房間與普通墻房間的測試值具有可比性，順而得到相變墻房間對溫度、熱流等值的影響，選取相變墻房間的測試時(shí)間段中室外環(huán)境溫度與普通墻房間實(shí)驗(yàn)階段相近的三天，記錄這三天的溫度變化情況。

　　圖4顯示了普通墻房間和相變墻房間試驗(yàn)期間的室外溫度變化曲線。從圖中可以看出，室外溫度均在-1℃—9℃之間波動(dòng)，且逐天升高，在普通墻房間測試的第一天最低達(dá)-0.19℃，；第三天最高達(dá)8.04℃。相變墻房間在測試的第一天最低達(dá)-0.23℃，第三天最高達(dá)8.09℃。相變墻房間三天的室外環(huán)境溫度基本與普通墻房間測試階段的環(huán)境溫度相近。因此，可與普通墻房間的測試結(jié)果相比較，來判斷相變墻房間對室內(nèi)溫度的影響。

　　3.2 相變墻房間對溫度的影響

　　3.2.1 對室內(nèi)溫度的影響

　　3.2.2 對墻壁內(nèi)表面溫度的影響

　　3.3 相變墻房間對熱流的影響

　　在相變墻房間和普通墻房間的南墻、西墻內(nèi)表面分別裝有熱流計(jì)，測試不同時(shí)間通過熱流計(jì)所在墻體的熱流值，該熱流值即為通過墻體的傳熱量。

　　4、相變墻房間

　　在建筑節(jié)能中的應(yīng)用相變墻房間利用相變材料的潛熱蓄熱能力，可以蓄存在供電波谷期吸收熱源供給的熱量，而在供電的峰段放出該部分潛熱量，該技術(shù)利用電力部門頒布的“峰谷電價(jià)差”政策，不但降低了白天的空調(diào)負(fù)荷，緩解了供電峰段電網(wǎng)壓力，而且節(jié)約了空調(diào)設(shè)備的規(guī)模和配套的投資費(fèi)用；具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。因此相變墻板的使用在建筑節(jié)能方面具有巨大作用。

　　5、結(jié)論

　　通過相變墻房間與普通墻房間對室內(nèi)熱環(huán)境影響的試驗(yàn)對比，可以得到在相近似的室外環(huán)境下，相變墻房間的室內(nèi)溫度波動(dòng)幅度小于普通墻房間；室內(nèi)空氣與相變墻體內(nèi)表面的溫差小于與普通墻體的溫差；室內(nèi)通過相變墻板與室外的換熱量小于普通墻板，起到保溫作用；通過相變墻板的熱流值也要小于普通墻板。因此相變房間中的相變墻板會平衡室內(nèi)溫度幅度；減少冬季通過維護(hù)結(jié)構(gòu)向室外的散熱量；改善居室舒適度。同時(shí)相變墻房間的使用可大副降低采暖負(fù)荷，從而節(jié)約設(shè)備的規(guī)模和配套的投資費(fèi)用；并且其利用電力“移峰填谷”政策可大大緩解目前我國電力嚴(yán)重緊缺的現(xiàn)狀。總之，相變墻的深入研究必將給建筑節(jié)能帶來深遠(yuǎn)的意義和影響。

　　6、參考文獻(xiàn)

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