三層玻璃相變窗的動(dòng)態(tài)傳熱性能研究與能耗分析.pdf

1、建筑節(jié)能對(duì)全社會(huì)節(jié)能減排的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要，提高窗體的保溫隔熱性能是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的重要途徑。相變窗利用相變材料提高窗體的熱容，能夠調(diào)節(jié)空調(diào)及供暖負(fù)荷。然而隨著對(duì)雙層玻璃相變窗越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)雖然其具備上述優(yōu)勢(shì)，也顯現(xiàn)一些問(wèn)題，包括夏季白天發(fā)生的過(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)、夜晚會(huì)向室內(nèi)產(chǎn)生不必要放熱及整體導(dǎo)熱系數(shù)大引起的冬季供暖負(fù)荷增加等。為解決上述問(wèn)題，本文在雙層玻璃相變窗的基礎(chǔ)上，基于填充相同質(zhì)量相變材料的標(biāo)準(zhǔn)，提出一種室外側(cè)玻璃夾層含相變材料、室內(nèi)側(cè)玻

2、璃夾層含空氣的三層玻璃相變窗，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬具體研究了其動(dòng)態(tài)傳熱特性，在實(shí)驗(yàn)和模擬的基礎(chǔ)上，利用能耗軟件對(duì)其進(jìn)行了能耗分析。為了突出三層玻璃相變窗解決上述問(wèn)題的能力，兩個(gè)對(duì)照組玻璃窗（雙層玻璃相變窗與三層玻璃中空窗）的相關(guān)研究也同時(shí)進(jìn)行。
　　首先，搭建了三層玻璃相變窗與對(duì)照組玻璃窗的動(dòng)態(tài)傳熱性能對(duì)比裝置，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到三種窗體在夏季工況下的內(nèi)壁面溫度及熱流變化情況。結(jié)果表明:三層玻璃相變窗在夏季工況下起到良好的減緩室內(nèi)氣溫波動(dòng)

3、和節(jié)省空調(diào)能耗的作用。夏季晴天時(shí)，三層玻璃相變窗相比于雙層玻璃相變窗和三層玻璃中空窗，內(nèi)壁面峰值溫度分別降低2.7℃和5.5℃，抑制了過(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，峰值溫度延遲效果較好，通過(guò)窗體傳入室內(nèi)的熱量分別降低16.6％和28％，夜間相變材料釋能階段，其內(nèi)壁面逐時(shí)溫度和熱流相比于雙層玻璃相變窗顯著降低，減小了相變材料向室內(nèi)的不必要散熱量。夏季陰雨天時(shí)，三層玻璃相變窗內(nèi)壁面峰值溫度有所降低，延遲峰值溫度效果不佳，通過(guò)其進(jìn)入室內(nèi)的熱量相比于雙層玻璃

4、相變窗顯著降低，相比于三層玻璃中空窗只有少許增加。
　　其次，為了針對(duì)多種典型天氣工況研究三層玻璃相變窗的動(dòng)態(tài)傳熱性能，彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)條件的不足，建立該窗體和對(duì)照組玻璃窗的數(shù)值模型，對(duì)三種窗體在夏熱冬冷地區(qū)冬夏典型天氣條件下的動(dòng)態(tài)傳熱性能進(jìn)行對(duì)比分析。FLUENT模擬結(jié)果表明，三層玻璃相變窗能兼顧夏季隔熱和冬季保溫，維持室內(nèi)的熱舒適性。典型夏季工況下，三層玻璃相變窗能夠降低內(nèi)壁面峰值溫度，避免過(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)，減緩內(nèi)壁面溫度波動(dòng)，減少通過(guò)其傳入

5、室內(nèi)的熱量，節(jié)約空調(diào)能耗。典型冬季工況下，三層玻璃相變窗內(nèi)壁面蜂值溫度延遲效果顯著，相比于雙層玻璃相變窗，其內(nèi)壁面溫度的波動(dòng)幅度顯著減小，夜間流向室外的內(nèi)壁面逐時(shí)熱流顯著減小，節(jié)約供暖能耗;相比于三層玻璃中空窗，內(nèi)壁面最低溫度有所降低，流向室外的內(nèi)壁面逐時(shí)熱流只有少量增加（尤其在夜間），內(nèi)壁面溫度晴天和陰天的衰減效果不一。在此基礎(chǔ)上，模擬研究了相變材料層的位置對(duì)三層玻璃相變窗的影響，得到在夏季典型晴天工況下相變材料層的較優(yōu)位置。

6、　　最后，為了研究三層玻璃相變窗相對(duì)于兩個(gè)對(duì)照組玻璃窗對(duì)建筑全年能耗的影響，本文利用能耗模擬軟件eQUEST計(jì)算了夏熱冬冷地區(qū)某住宅分別采用上述三種窗體時(shí)的全年能耗變化情況。結(jié)果表明:在夏熱冬冷地區(qū)，建筑物采用三層玻璃相變窗相比于采用三層玻璃中空窗和雙層玻璃相變窗，夏季供冷能耗分別降低9.45％和3.06％，冬季供暖能耗分別增加9.5％和降低18.33％，全年能耗分別降低4.55％和8.16％。三層玻璃相變窗能兼顧冬季保溫和夏季隔熱，在