北方农村传统火墙与相变蓄热火墙模拟对比分析

第32卷第1期

2024年2月Vol.32No.1

Feb.2024安徽建筑大学学报JournalofAnhuiJianzhuUniversity

DOI：10.11921/j.issn.2095-8382.20240104

双层定型相变墙体在合肥地区传热特性的数值模拟

江昔平，郝宁宁

（安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南232001）

摘要：为探究双层相变墙体所使用的相变材料在不同季节下的相变表现，以合肥地区夏、冬两季室外温度数据为背景，基于Fluent焓－孔隙率法，对普通墙体和双层相变墙体的传热过程进行仿真计算。结果表明，在夏季工况下，外相变板的相变温度为36℃的相变墙体综合表现更好，墙体内表面热流密度与普通墙体相比降低了20.53%，平均延迟时间约为普通墙体的1.8倍。在冬季工况下，内相变板的相变温度为14℃的相变墙体内表面温度波幅较平缓，墙体内表面热流密度与普通墙体相比降低了16.25%，它的衰减倍数约为普通墙体的1.2倍。在合肥地区，使用相变温度为36℃的外相变层和相变温度为14℃的内相变层的墙体在制冷、采暖期单位面积可降低热/冷负荷分别为1.86W、3.75W，该种墙体具有很好的节能效果和经济效益。关键词：双层相变墙体；焓-孔隙率法；相变温度；Fluent中图分类号：TU111.4文献标志码：A文章编号：1672-2337（2024）01-027-09

NumericalSimulationofHeatTransferCharacteristicsofDouble-layerShaped

PhaseChangeWallinHefei

JIANGXiping，HAONingning

（SchoolofCivilEngineeringandArchitecture，AnhuiUniversityofScienceandTechnology，Huainan232001，China）

Abstract：Inordertoexploretheperformanceofphasechangematerialsusedindouble-layerphasechangewallindifferentseasons,basedontheoutdoortemperaturedataofHefeiinsummerandwinter,theheattransferprocessesoftheordinarywallanddouble-layerphasechangewallweresimulatedwithFluententhalpy-porositymethod.Theresultsshowedthatinsummer,thephasechangewallwiththeexternalphasechangeplateat36℃paredtotheordinarywall,theheatfluxontheinternalsurfaceofthewallwasreducedby20.53%andtheaveragedelaytimewasabout1.8times.Inwinter,thetemperaturefluctuationoftheinternalsurfaceofthephasechangewallwiththeinternalphasechangeplateat14℃paredtotheordinarywall,theheatfluxoftheinternalsurfaceofthewallwasreducedby16.25%anditsattenuationmultiplewasabout1.2times.InHefei,thewallusingtheexternalphasechangelayerwithaphasechangetemperatureof36℃andtheinternalphasechangelayerwithaphasechangetemperatureof14℃canreducetheheat/coolingloadof1.86Wand3.75Wperunitarea,respectively,inthecooling/heatingperiods,whichisenergy-savingandeconomic.Keywords：double-layerphasechangewall；enthalpy-porositymethod；phasechangetemperature；Fluent

夏季工况下相变墙房间空调蓄冷的热性能实验

冯国会1，陈旭东1,郭慧宇1，李慧星1

（沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁 沈阳110168）

摘 要：通过进行普通墙房间和相变墙房间室内热性能参数的实测分析，进而得到在夏季空调工况下相变储能墙板对室内温度变化的影响情况。构建相变墙和普通墙实验测试房间，利用户式空调蓄冷，以温度、热流巡检装置对实验房间的温度场和热流变化进行测试。通过普通墙房间和相变墙房间对夏季工况下室内热性能参数的实测分析，得到相变墙房间的室内温度要比普通墙房间的室内温度低1-2℃，同时相变墙可以削减热流4.6 W/m2。在建筑围护结构中，加入相变储能构建，具有降低室内温度，提高房间的热舒适性的作用，同时还能降低空调设备的开启频率，减少设备初投资和运行费用；对电力的“移峰填谷”起到一定作用。

关键词： 相变墙房间；室内温度；空调蓄冷。

随着人们生活水平的提高，人们对室内的环境的舒适度要求也愈来愈高，空调的普及程度逐渐提高，导致电力需求快速增加，建筑能耗也随之增高，造成能源消耗过快。而在建筑围护结构中相变储能构件的应用，不但可以改善室内的热环境同时能够合理利用电力资源，队缓解电力供应紧张的起到积极作用。

相变墙体是美国80年代中期开始研究的一种建筑围护结构[1],是含有相变建筑材料的墙体.这种墙体可以在电力低谷时将能量储存在墙板上，而在电力高峰时，关闭空调使用储存的能量，以此来提高建筑节能效果.

许多研究人员对相变储能建筑作了大量研究，美国的Dayton大学的J.Kelly kissock(1998)等人用十八烷作相变材料，通过浸泡法作相变墙板 ，建了一个带有相变墙板的实验房和一个带有普通墙板的实验房作比较试验。试验表明相变墙板能明显地使房间内的温度更平稳，同时也证明了在实际的建筑物中，相变墙板能提高舒适性、削减高峰负荷并且转移负荷[2、3]。加拿大的Concordia 大学建筑研究中心用49%的丁基硬酯酸盐和48%的丁基棕榈酸盐的混合物作相变材料，采用掺混法与灰泥砂浆混合，然后再按工艺要求制备出相变墙板，并对相变墙板的熔点、凝固点、导热系数等方面进行了实验测试，得出结论：通过此种方法制备的相变墙板比相应的普通墙板的贮热能力增加10倍[4、5]。Khudhair等人利用石蜡和石膏板，制得PCM含量为24%的相变墙板，实验表明石蜡在墙板中即无移动现象，也无明显的蓄热能力得退化[6]。

０ｕ年第　０期（总第。９卷第　４　期）　建筑节能　

Ｎｏ．１０　ｉｎ　２０１　１（Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．２４８，Ｖｏ１．３９）　■新能源与绿色建筑　

ＮＥＷ　ＥＮＥＲＧＹ＆ＧＲＥＥＮ　ＢＵＩＬＤＩＮＧ　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—７２３７．２０１　１．１０．００８　

沼气火炕农家住宅室内热环境和空气质量分析木　

张培红，　田野，王松　

（沈阳建筑大学市政与环境工程学院，沈阳　１　１０１６８）　

摘要：利用数值模拟软件ＦＤＳ，选取火炕与火墙联合运行模式进行模拟。分析了不同空气过量系数条件下，空气流量对火炕表面、火　

墙表面以及室内温度分布的影响，以及烟囱出口ＣＯ、ＣＯ　浓度的变化。结果表明适当的空气过量系数对提高室内热环境具有　

促进作用；以沼气为燃料的火炕烟囱排放的ＣＯ以及ＣＯ：浓度显著下降。农家住宅采用以沼气为热源的火炕，除具有节能的意　

义外，对改善农村生态环境以及室内热环境均具有重要意义。　

关键词：　火炕；　沼气；　室内热环境；　烟气；　空气质量　

中图分类号：ＴＵ１１１　文献标志码：Ａ　文章编号：　１６７３．７２３７（２０１１）１０—００３７．０３　

Ｉｎｄｏｏｒ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ａｉｒ　Ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｆａｒｍ　Ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ　ｗｉｔｈ　Ｂｉｏｇａｓ　Ｈｅａｔｅｄ　Ｋａｎｇ　

ＺＨＡＮＧ　Ｐｅｉ—ｈｏｎｇ，ＴＩＡＮ　Ｙｅ．ＷＡＮＧ　ｓ０　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＭｕｎｉｃｉｐａｌ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｇｙａｎｇ　Ｊｉａｎｚｈｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１　１０１６８，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ＦＤＳ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｔｈｅｊｏｉｎｔ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆｔｈｅ　ｈｅａｔｅｄ　Ｋａｎｇ　ａｎｄ　ｗａｌ１．ｈ　ａｎａｌｙｚｅｓ　

不同工况下相变墙房间蓄换热性能分析

沈阳建筑大学 冯国会，于水，梁若冰，郭慧宇，吕石磊，陈旭东，曹广宇

摘 要：相变储能在建筑节能及暖通空调领域的应用已经成为国际上的研究热点。本文在系统、全面地分析了相变材料热性能的基础上，利用差式量热扫描仪等测试手段，优选出癸酸和月桂酸的低共熔物作为应用于相变墙板的相变材料。建立了相变墙房间，进行了不同工况下相变墙房间和普通房间蓄换热性能对比分析，研究表明：相变墙房间的室内温度波动幅度明显小于普通墙房间，在冬季工况下，利用相变房间吸收夜晚的波谷电蓄热，而在白天电网峰段时放出，可以转移40%的高峰负荷；在夏季工况下，可以减少的冷量约为普通房间在峰值负荷时所需的25%。

关键词：相变储能；相变墙；蓄换热性能

相变墙板（phase change wallboard, PCW）是含有相变材料的墙体[1，2]。应用相变储能材料(Phase

Change Materials，PCM)来改善建筑物热性能，一般采用固-液、固-固相变材料，固-液相变蓄热材料等。按化学组成可分为无机材料和有机材料，以及混合类材料[3]. 应用于相变墙板中的PCM必须要满足其相变温度在室温范围内，且具有较高的相变潜热同时还要满足化学性质稳定、不泄露、长期循环不变质、与建材相容等特点[4,5].

美国的Dayton大学的J.Kelly kissock(1998)等人用十八烷作相变材料，通过浸泡法作相变墙板，日本的KANAGAWA 大学的Takeshi Kondo 和Tokyo Denki大学的Tadahiko Ibamoto等人用95%的十八烷和5%的十六烷作相变材料，将装有PCM的交键聚乙烯小球加到石膏板中制备相变墙板，对储热性能进行了研究，土耳其Gaziosmanpasa大学的Ahmet Sarý对脂肪酸的稳定性进行了测试［6，7］。华中师范大学的阮德水教授还发现水合盐在添加品核抑止剂以后，能长期保持过冷稳定，使相变热至少能贮存三个月至一年的时间[8]。