1、相變墻房間的蓄換熱性能實測分析     摘要：在我電力資源嚴重緊缺的時期，如何利用現有政策與建筑節能相結合達到節約電能，緩解供電負荷的目的已成為學術界急需研究解決的問題。本文提出了電熱膜與相變墻聯合使用，利用波谷電蓄熱，節約波峰時用電量以達到節能、電力“移峰填谷”的設想。并實驗測試了相變墻房間對室內溫度、熱流等值的影響，說明相變墻房間不僅可以緩解了電網的供電壓力，降低供暖系統的投資及運行費用，而且可改善室內的熱舒適性。 關鍵詞：相變墻房間 電熱膜 熱性能 熱舒適性 1 前言本試驗是在我國東北地區冬季氣候條件下進行，通過將有機相變材料與建筑材料相結合研制出

2、相變墻板，在相近似室外環境溫度條件下，比較相變墻房間與普通墻房間（均配有電熱膜供暖）的熱特性，進而分析相變墻板的使用在節能方面的作用，以及它的使用對房間熱舒適性的影響。2 實驗介紹2.1 相變墻板的研制與性質可作為相變墻體的建筑基材有石膏板、灰泥板、水泥板等。其中紙面石膏板有較好的多孔性，其中40%是氣孔，有很好的吸附性，相變材料可以很容易地被其吸收。并且紙面石膏板具有重量輕、隔聲、隔熱、加工性能強、施工方法簡便的特點，且其價格低廉,因此本試驗選取山東泰山紙面石膏板廠生產的泰山牌石膏板作為建筑墻體基材，尺寸為1200mm×3000mm×9.5mm。通過浸泡將相變材料滲入多孔

3、的建材基體。這個過程滲透時間短，能控制相變材料的吸收量到設計水平1。浸泡時間為6min-10min，石膏板中吸收的相變材料的比重在26%左右。對該相變墻板進行了DSC（Differential Scanning Calorimetry,差示掃描量熱計）分析，如圖1所示。得到該相變墻板的熔點為18.491，在室內設計溫度范圍內，融解熱為39.126J/g。因此該墻板可應用于相變墻房間。圖1 以0.2/min的掃描速率記錄的相變墻板DSC曲線2.2 相變墻房間介紹相變墻房間的測試是在普通墻房間測試后進行，因此在測試前已建好一采用普通墻體構成的房間，房間尺寸為5m×3.3m×2.

4、8m，結構、墻板厚度在相變墻房間測試中不變。房間是南向，南墻、東墻與室外直接接觸，南墻被太陽直射，且有一雙層塑鋼窗，尺寸為1.5m×1.5m。東墻外有一墻體阻擋，使東墻全天24小時不被太陽照射。西、北墻均為內墻。房間的門安置于北墻，尺寸為1m×2m，木質。普通房間的幾何描述如圖2所示，相變房間的實景圖如圖3所示。圖2 房間俯視圖 圖3 相變墻房間實景圖房間在頂棚裝有2040W的電熱膜作為熱源，電熱膜上部用40mm厚的超細玻璃棉作保溫。在房間頂棚上再鋪上150mm的玻璃棉，使房間與頂棚上部達到近似絕熱。房間有使空氣混合均勻的攪拌器（風扇）。2.3 熱流計和溫度傳感器的布置在普

5、通墻與相變墻房間的測試中，都要在各房間內、外墻壁上、頂棚下300mm、地板上300mm的相同位置布置了熱電偶、每個房間的內墻壁上都按有一熱流計板，所得數據通過巡檢儀自動采集，并通過232接口計算機相連，實現數據的實時記錄和輸出。熱電偶與巡檢儀聯合使用后，對各房間的溫度、熱流值進行24小時連續記錄，本實驗各點數據設定為每10分鐘采集一組。3 相變墻房間實測分析最初的試驗是對普通墻房間進行連續三天的測試，實驗期間電熱膜滿負荷運行，與在近似相同的室外條件下的相變墻房間測試結果比較，由于所加工的相變墻板的相變溫度為1824，相變墻板中的相變材料發生固液相變。即相變墻房間溫度高于相變溫度范圍，相變墻板就

6、成為了一個蓄熱設備，吸收房間多余的熱量；當室內溫度低于相變溫度，相變墻板中熱量將被釋放，提高房間溫度。通過比較得到相變墻板對室內空氣溫度、墻體內表面溫度、墻體表面熱流的影響。3.1 室外測試環境比較為了使相變墻房間與普通墻房間的測試值具有可比性，順而得到相變墻房間對溫度、熱流等值的影響，選取相變墻房間的測試時間段中室外環境溫度與普通墻房間實驗階段相近的三天，記錄這三天的溫度變化情況。圖4顯示了普通墻房間和相變墻房間試驗期間的室外溫度變化曲線。從圖中可以看出，室外溫度均在-19之間波動，且逐天升高，在普通墻房間測試的第一天最低達-0.19，；第三天最高達8.04。相變墻房間在測試的第一天最低達-

7、0.23，第三天最高達8.09。相變墻房間三天的室外環境溫度基本與普通墻房間測試階段的環境溫度相近。因此，可與普通墻房間的測試結果相比較，來判斷相變墻房間對室內溫度的影響。3.2 相變墻房間對溫度的影響圖5顯示了普通墻和相變墻房間在試驗期間的室內溫度變化曲線。從圖中可以看出，普通墻房間室內溫度在1924之間波動，相變墻房間在18.522.5之間波動。普通墻房間室內溫度波幅在第三天達到最高值，為3.74，而相變墻房間在室外溫度最高的第三天，室內溫度波幅只有2.59，比普通墻房間下降1.15。說明相變墻房間可平衡室內溫度。從圖5還可以看出，相變墻房間室內溫度值低于普通墻房間室內溫度值，這是由于在室

8、內熱源供熱時，相變墻板中的相變材料吸收了一部分熱量，使室內溫度低于普通墻房間的室內溫度。     圖6顯示了普通墻和相變墻房間在試驗期間的室內溫度與外墻內表面溫度差隨時間變化的曲線。普通墻房間室溫與外墻內表面溫差最大值為3.71。在相變墻房間中，由于相變墻的潛熱儲存能力，室內空氣溫度與相變墻表面的最大溫差要小于室內溫度與普通墻的溫差。如圖所示，相變墻房間最大溫差為2.68。3.3 相變墻房間對熱流的影響在相變墻房間和普通墻房間的南墻、西墻內表面分別裝有熱流計，測試不同時間通過熱流計所在墻體的熱流值，該熱流值即為通過墻體的傳熱量。圖7記錄了普通墻房間和相變

9、墻房間南墻的熱流變化。測試時間從早10：00至第三日早10：00。從圖中可以得到，通過普通墻房間南墻的熱流值在34W/m260 W/m2區間內變化，最大值為59.51 W/m2。而相變墻房間南墻熱流變化區間為33 W/m252 W/m2，最大值為51.57 W/m2。在相同的室外環境下，通過相變墻房間的熱流值要低于普通墻房間，即通過相變墻體與室外的傳熱量要低于普通墻體，說明相變墻有保溫的作用。4 相變墻房間在建筑節能中的應用相變墻房間利用相變材料的潛熱蓄熱能力，可以蓄存在供電波谷期吸收熱源供給的熱量，而在供電的峰段放出該部分潛熱量，該技術利用電力部門頒布的“峰谷電價差”政策，不但降低了白天的空

10、調負荷，緩解了供電峰段電網壓力，而且節約了空調設備的規模和配套的投資費用；具有可觀經濟效益。因此相變墻板的使用在建筑節能方面具有巨大作用。5 結論通過相變墻房間與普通墻房間對室內熱環境影響的試驗對比，可以得到在相近似的室外環境下，相變墻房間的室內溫度波動幅度小于普通墻房間；室內空氣與相變墻體內表面的溫差小于與普通墻體的溫差；室內通過相變墻板與室外的換熱量小于普通墻板，起到保溫作用；通過相變墻板的熱流值也要小于普通墻板。因此相變房間中的相變墻板會平衡室內溫度幅度；減少冬季通過維護結構向室外的散熱量；改善居室舒適度。同時相變墻房間的使用可大副降低采暖負荷，從而節約設備的規模和配套的投資費用；并且其

11、利用電力“移峰填谷”政策可大大緩解目前我國電力嚴重緊缺的現狀。總之，相變墻的深入研究必將給建筑節能帶來深遠的意義和影響。6參考文獻1李崢嶸. 相變墻體在空調降溫中的應用，暖通空調,2001,4:41.2張寅平,胡漢平，孔祥冬，蘇躍紅.相變貯能理論和應用.合肥：中國科技大學出版社，1996.3D Banu,D Feldman,D W Hawes. Evaluation of thermal storage as latent heat in phase change material wallboard by differential scanning calorimetry and large scale thermal testing. Thermachimica Acta,1998,317:3945.4Armin F Rudd. Phase-change material wallboard for distributed thermal storage in buildings. ASHRAE Trans,1993,99(2):339346