【摘 要】
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随着世界经济发展和科技进步,建筑能耗逐年增加,导致环境污染和能源短缺问题加剧。在节能减排大背景下,降低设备运行能耗、提升建筑供能系统的能源利用效率尤为重要。本文旨在研究一种高导热率、高焓值、不泄露、性能稳定的复合相变材料,以相变辐射末端的方式与建筑结合用以降低建筑能耗、提高能源利用效率。采用冬夏两季客观实验与供暖主观投票实验的方法,分析该相变辐射末端对室温的调节作用大小及蓄冷蓄热效果。采用数值模拟
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目（编号51978231）； 河北省自然科学基金（编号E2020202196）； 中央引导地方科技发展项目（编号216Z4502G）； 河北省留学回国人员资助项目（编号C20190507）；
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随着世界经济发展和科技进步,建筑能耗逐年增加,导致环境污染和能源短缺问题加剧。在节能减排大背景下,降低设备运行能耗、提升建筑供能系统的能源利用效率尤为重要。本文旨在研究一种高导热率、高焓值、不泄露、性能稳定的复合相变材料,以相变辐射末端的方式与建筑结合用以降低建筑能耗、提高能源利用效率。采用冬夏两季客观实验与供暖主观投票实验的方法,分析该相变辐射末端对室温的调节作用大小及蓄冷蓄热效果。采用数值模拟方法对安装与不安装该相变辐射末端的办公建筑供暖实例进行能耗对比分析,验证该系统的节能潜力。首先,采用膨胀石墨分别真空吸附相变熔点为23℃和28℃的石蜡,并用相变微胶囊对其表面沟壑处进行二次表观吸附,制成两种不同相变熔点的高导热高焓值的微-复合相变材料。对其进行了多项性能测试,结果表明膨胀石墨与石蜡最佳吸附质量比为1:8.2,复合相变材料具有很好的热稳定性。再用定模压制的方法将两种微复合相变材料压制成相变蓄能砖,与建筑围护结构相结合分别构建集成相变地板和相变天花板,内嵌冷热媒盘管,形成可梯级蓄热的辐射蓄供热/冷末端。其次,在天津冬夏两季典型气温条件下,搭建两个轻型实验房间,暖通设备耦合太阳能和地热能等清洁能源对室内进行供暖、制冷。采用“热媒水先入地板后入天花板,冷媒水先入天花板后入地板”的主动式梯级利用供能模式,对梯级相变辐射末端进行热性能测试。结果表明,夏季最佳供水温度为16oC,冬季最佳供水温度为40oC。实验房间室内垂直温度呈非线性排布,温度值随垂直高度升高递减。室内垂直温差较小具有较好的温度稳定性和热舒适性。夏季采用间歇供冷方式,实验房间A日平均能耗为3.09 k W·h,每立方米每日能耗0.51 k W·h。冬季采用间歇供热方式,实验房间A日平均能耗为6.85 k W·h,每立方米每日能耗1.13 k W·h。通过主客观实验结果证实梯级相变辐射末端供暖模式节能效果显著且热舒适性强,具有巨大的应用潜力。最后,采用TRNSYS模拟软件对安装与不安装该辐射末端系统的办公建筑供暖案例进行了能耗模拟对比,得出整个供暖季安装该相变辐射末端的系统比不安装该末端的系统增加供热量5089.29 k W·h,减少总运行费用6217.91元。再一次验证出安装该相变辐射末端供能系统的节能效果与应用潜力。
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