相變窗動態(tài)傳熱過程的數(shù)值模擬與實驗研究.pdf

1、我國建筑能耗巨大，建筑節(jié)能已成為實現(xiàn)節(jié)能減排與經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。提高透明圍護結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能是實現(xiàn)建筑節(jié)能的重要途徑。相變玻璃窗利用相變材料較大的相變潛熱提高透明圍護結(jié)構(gòu)的熱容量及熱惰性，并具有調(diào)節(jié)空調(diào)及供暖負荷的作用。
　　為了具體研究含相變材料的雙層玻璃窗的保溫隔熱性能，本文建立了相變玻璃窗動態(tài)傳熱的數(shù)學(xué)模型，利用數(shù)值計算的方法，對含相變材料十水硫酸鈉的相變玻璃窗在夏熱冬冷地區(qū)冬夏兩季晴天和陰雨天條件下的動態(tài)傳熱性能

2、進行研究，得到了相變玻璃窗內(nèi)壁面溫度和熱流密度隨室外氣象參數(shù)變化的規(guī)律。結(jié)果表明:在夏季晴天時，該相變玻璃窗內(nèi)壁面的峰值溫度相比于中空玻璃窗降低10.2℃，通過相變玻璃窗進入室內(nèi)的熱量相比于中空玻璃窗減少39.5％。但在夏季陰雨天、冬季晴天和冬季陰雨天時，該相變窗的動態(tài)熱調(diào)節(jié)性能較差且無節(jié)能效果。
　　為驗證建立的相變玻璃窗動態(tài)傳熱的數(shù)學(xué)模型并測試相變玻璃窗在夏季不同氣象條件下的傳熱性能，搭建了相變玻璃窗與中空玻璃窗動態(tài)傳熱性能對

3、比測試裝置，通過實驗測量和模擬計算得到含相變材料十水硫酸鈉的相變玻璃窗在夏季晴天時內(nèi)壁面溫度逐時變化情況，模擬計算結(jié)果與實驗測量結(jié)果吻合較好。由于十水硫酸鈉作為相變材料的穩(wěn)定性較差，本文采用穩(wěn)定性更好的相變材料石蠟MG29進行夏季晴天和陰雨天條件下玻璃窗的動態(tài)傳熱實驗。通過實驗測量得到相變玻璃窗與中空玻璃窗內(nèi)、外壁面溫度和內(nèi)壁面熱流密度逐時變化情況。結(jié)果表明:相比于中空玻璃窗而言，夏季晴天時相變玻璃窗內(nèi)壁面峰值溫度度降低2.6℃并延遲2

4、小時出現(xiàn)，內(nèi)壁面峰值熱流降低30.2W/m2，通過相變玻璃窗傳入室內(nèi)的熱量降低18.3％;夏季陰雨天時，相變玻璃窗內(nèi)壁面峰值溫度降低2℃并延遲1小時出現(xiàn)，內(nèi)壁面峰值熱流降低11.4W/m2，但通過相變玻璃窗傳入室內(nèi)的熱量相比于中空玻璃窗增加4.9％。
　　為進一步提高相變玻璃窗的保溫隔熱性能，優(yōu)化選擇出適合于夏熱冬冷地區(qū)氣候條件下應(yīng)用的相變材料。利用驗證后的數(shù)值模型計算分析了含不同相變材料相變玻璃窗的動態(tài)傳熱過程，得到了相變材料熱

5、物性參數(shù)對相變玻璃窗動態(tài)傳熱性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明:隨著相變材料相變潛熱的增大，相變玻璃窗調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度波動和調(diào)節(jié)空調(diào)負荷的能力增強;適合于夏熱冬冷地區(qū)相變玻璃窗中應(yīng)用的相變材料的相變溫度在25℃～31℃之間;為提高相變玻璃窗的保溫隔熱性能，應(yīng)盡量減小相變材料的相變溫度區(qū)間。
　　為研究相變玻璃窗相對于中空玻璃窗和單層玻璃窗對建筑物全年能耗的影響，本文根據(jù)相關(guān)實驗數(shù)據(jù)將相變玻璃窗非線性的光學(xué)參數(shù)與熱學(xué)參數(shù)處理為固態(tài)時和液態(tài)時的積分

6、平均值，利用能耗模擬軟件ENERGYPLUS計算得到夏熱冬冷地區(qū)某辦公建筑采用相變玻璃窗、中空玻璃窗及單層玻璃窗后各項能耗的變化情況。結(jié)果表明:采用相變玻璃窗時建筑物全年總耗電量相比于采用中空玻璃窗降低1.77％，相比于采用單層玻璃窗降低3.47％。其中，采用相變玻璃窗時建筑物全年供冷耗電量相比于采用中空玻璃窗降低6.46％，相比于采用單層玻璃窗降低6.68％;采用相變玻璃窗時建筑物全年供暖耗電量相比于采用中空玻璃窗增加13.9％，相比