2012年12月 %%%%%%第38卷總第
170期 2012年第6期 SichuanBuildingMaterials 相變墻體在建筑中的應用研究 賀禮榮 (中國建筑西南設計研究院有限公司，四川裝修'>成都610041) 作者簡介：賀禮榮(1984－)，女，研究生、中國建筑西南設計研究院有限公司，助理工程師。 摘要：利用相變儲能建筑材料，可以減小室內溫度波動，提高熱舒適度，并在一定程度上降低了建筑采暖空調能耗，提高了能源利用效率。本文應用ENERGYPLUS軟件對采用相變材料作為墻體的某交通建筑的熱舒適性進行數值模擬。研究在不同地區交通建筑墻體和柱子中加入相變材料后，對室內熱舒適性的影響。并通過改變相變墻體層的結構、厚度和相變溫度，分析不同的參數值對于室內能耗的影響。通過分析和比較，得出如何在不同地區的交通建筑中合理有效的利用相變材料，以促進建筑節能和節資。 關鍵詞：相變材料;室內熱環境;建筑節能;數值模擬中圖分類號：TU201.5文獻標識碼：B文章編號：1672－4011(2012)06－0011－02 1研究背景 近年來，一些大型火車站在中國各大城市不斷涌現， 這些火車站空間龐大、結構復雜，客流量均在萬人以上，而且24h不間斷運行。另一方面，隨著人們生活水平的提高，人們對室內環境舒適度的要求也越來越高，空調能耗隨之大幅增高，造成能源消耗過快，環境污染增加、電網負荷峰谷差過大、峰負荷時電力供應嚴重不足等問題。隨著可持續發展戰略在中國的實施，建筑能耗問題和環境保護問題己成為人們關注的熱點，這就使得現代暖通空調設計在滿足健康、舒適基本要求的同時，還要滿足能源有效利用和環境保護等多方面的要求。在我國一些地區，利用夜間建筑圍護結構蓄冷的方式可以調節建筑室溫、提高室內舒適度、降低空調能耗，是實現持續發展建筑環境控制的一條新途徑 ［1－5］ 。 將相變材料摻入到現有的建筑材料中，制成相變蓄能圍護結構，可以大大增加圍護結構的蓄熱功能，使用少量 的材料就可以儲存大量的熱量。國內外眾多學者采用試驗 的方法對相變墻的熱物理特性進行了大量的研究 ［6－9］ ，但對于大型交通建筑采用相變墻的情況卻少有發表，因此本 文采用Energyplus軟件和一維數值模擬方法對某地區的采用相變墻的大型交通站模型進行了深入分析研究。 2 模型建立 2.1 建筑結構 旅客站房為一層的大空間建筑，空間尺寸約為長65m、寬30m、高12.5m，節能設計標準，玻璃幕墻的窗墻比為0.7，人員密度為1人/m2，照明負荷10W/m2，設備負荷為2kW。南北外墻為玻璃幕墻，南外墻上有一門為10m×2.7m。建筑圍護結構參數如表1所示。 表1圍護結構組成
圍護 結構 材料ρ(kg·m－3)Cp(kJ·kg－1℃－1)λ(W·m－1℃－1)U(W· m－2℃
－1)外墻 石膏 (加入相變材料) 1601836.8－－玻璃纖維11.478300.04－普通磚1922836.80.73－屋頂石膏 (加入相變材料) 1601836.8－－卵石88116731.43－混凝土2242836.81.73－絕緣材料 91836.80.04－地板石膏 (
加入相變材料)1601836.8－－混凝土2242836.8－－外窗 － － － － 1.5 2.2數值方法2.2.1 圍護結構傳熱 描述建筑圍護結構的方程主要有導熱方程、內表面熱 平衡方程和外表面熱平衡方程。 對于相變墻的固相區域，熱流以熱傳導方式傳遞，其 能量微分方程為熱傳導方程［10］ ： ρscs= Ts t =·(ksTs)+q·s(1)式中， Ts為固相區域溫度(K)；t為時間(s)；ρs為固相區域密度(kg/m3 )；cs為固相區域比熱容(J/(kg ·K)；ks為固相區域導熱系數(W/(m2 · K)；q· s為固相區域體積熱源(W/m3)。對于液相區域， 熱流還會以可能存在的對流方式傳遞，因此，液相區域的能量微分方程包含對流項，方程形式如下［
11］ ：ρ1c1=( T1 t +v·T1)= ·(k1T1)+q·1(2)式中， υ為運動粘度(m2 /s)，其余各項符號意義與式(1)相同，只是下標1
表示液相區域。 圍護結構內表面在建筑熱過程計算中，通常被簡化為無
相變過程，不計水蒸汽擴散引起的熱量傳遞。方程形式如下 式所示［12］ ： q
LWX+
qSW+qLWS+qki+qsol+qconυ
=0 (
3)式中， qLWX為室內墻體間，長波輻射凈換熱量；qSW為室內光源對墻體內表面的短波輻射凈熱量；qLWS為室內設備對墻體內表面的長波輻射換熱量；qki為通過墻體傳遞的熱量；qsol為墻體內表面吸收透射入室內太陽輻射的熱量；qconυ為墻體內表面與室內空氣的換熱量。 墻體外表面的換熱主要包括與室外空氣的對流換熱、吸收太陽輻射、向壁體內部傳熱、與周圍環境表面的長波輻射， 圍護結構外表面的熱平衡方程如下式所示［12］ ： qasol+qLWR+qconυ－qko=0 (4)式中， qasol為墻體外表面吸收的太陽輻射量(短波輻射，包括直射和散射)；qLWR為墻體外表面與周圍空氣和其他物