摘要
相变墙体中的相变材料(Phase change material, PCM)可以通过潜热储能的方式对室内外热量进行储存吸收，减少室内温度的波动幅度，降低空调系统所需的制冷供暖负荷，进而提高室内环境的热舒适度，并达到相应的节能效果。在对相变墙体进行传热分析时，需要考虑PCM自然对流对传热的影响；将PCM墙体应用于建筑中时，需要考虑对建筑全年的室温能耗影响。深入研究以上问题，有利于推进PCM在建筑墙体中的应用，对建筑节能具有重要意义。 本文首先建立了相变墙体的传热模型，定义了相变速率差的计算，对比了对流-热导模型与纯热导模型的相变速率差，研究了当热物性参数与墙体结构参数变化时，相变速率、温度衰减度、储热量的变化规律。后续建立了双层相变墙体建筑的传热模型，得到了双层相变墙体对不同城市全年的应用效果。研究结果表明： （1）自然对流对PCM的融化过程的影响要大于凝固过程，自然对流在融化过程中占主导地位，热传导在凝固过程中占主导地位。通过定义并比较相变速率差，得到自然对流对相变速率的影响程度与导热系数呈正相关，与相变温度、相变层厚度呈负相关。 （2）温度衰减度与通过墙体的热量随着相变潜热、相变层厚度、PCM与外墙距离的增大而减小，且当相变温度越接近环境平均温度，温度衰减度与通过墙体的热量越小，而导热系数的变化对二者的影响并不大。当关键影响参数（除导热系数外）发生变化时，热量变化在20.32%~40.75%之间，其中，PCM的放置位置对热量的影响最大，热物性参数中相变温度对热量的影响最大，说明在选取PCM时应优先考虑材料的相变温度。通过拟合温度衰减度曲线得到，相变潜热与相变层厚度对室内温度调节的最佳值分别为330kg/kJ和8cm。 （3）双层相变墙体对各个城市的节能率在5.45%~20.14%，节能效果是可观的。对于大多数城市，PCM结合空调系统应用，可以达到除湿的效果并使室内热舒适度处于I级，其除湿效果在1.381%~6.437%之间。 （4）从三个角度（室温、能耗、热舒适度），利用温差、温度衰减因子、节能率、PMV与PPD指数，得到了双层相变墙体对不同城市的应用效果：哈尔滨与北京地区冬季的应用效果要大于其他季节的应用效果；武汉地区冬季的应用效果要小于其他季节；广州地区夏季的应用效果小于其他季节；昆明地区全年的应用效果相差不大。
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