相變窗動(dòng)態(tài)傳熱過(guò)程的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、我國(guó)建筑能耗巨大，建筑節(jié)能已成為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。提高透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的重要途徑。相變玻璃窗利用相變材料較大的相變潛熱提高透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱容量及熱惰性，并具有調(diào)節(jié)空調(diào)及供暖負(fù)荷的作用。
　　為了具體研究含相變材料的雙層玻璃窗的保溫隔熱性能，本文建立了相變玻璃窗動(dòng)態(tài)傳熱的數(shù)學(xué)模型，利用數(shù)值計(jì)算的方法，對(duì)含相變材料十水硫酸鈉的相變玻璃窗在夏熱冬冷地區(qū)冬夏兩季晴天和陰雨天條件下的動(dòng)態(tài)傳熱性能

2、進(jìn)行研究，得到了相變玻璃窗內(nèi)壁面溫度和熱流密度隨室外氣象參數(shù)變化的規(guī)律。結(jié)果表明:在夏季晴天時(shí)，該相變玻璃窗內(nèi)壁面的峰值溫度相比于中空玻璃窗降低10.2℃，通過(guò)相變玻璃窗進(jìn)入室內(nèi)的熱量相比于中空玻璃窗減少39.5％。但在夏季陰雨天、冬季晴天和冬季陰雨天時(shí)，該相變窗的動(dòng)態(tài)熱調(diào)節(jié)性能較差且無(wú)節(jié)能效果。
　　為驗(yàn)證建立的相變玻璃窗動(dòng)態(tài)傳熱的數(shù)學(xué)模型并測(cè)試相變玻璃窗在夏季不同氣象條件下的傳熱性能，搭建了相變玻璃窗與中空玻璃窗動(dòng)態(tài)傳熱性能對(duì)

3、比測(cè)試裝置，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和模擬計(jì)算得到含相變材料十水硫酸鈉的相變玻璃窗在夏季晴天時(shí)內(nèi)壁面溫度逐時(shí)變化情況，模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果吻合較好。由于十水硫酸鈉作為相變材料的穩(wěn)定性較差，本文采用穩(wěn)定性更好的相變材料石蠟MG29進(jìn)行夏季晴天和陰雨天條件下玻璃窗的動(dòng)態(tài)傳熱實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到相變玻璃窗與中空玻璃窗內(nèi)、外壁面溫度和內(nèi)壁面熱流密度逐時(shí)變化情況。結(jié)果表明:相比于中空玻璃窗而言，夏季晴天時(shí)相變玻璃窗內(nèi)壁面峰值溫度度降低2.6℃并延遲2

4、小時(shí)出現(xiàn)，內(nèi)壁面峰值熱流降低30.2W/m2，通過(guò)相變玻璃窗傳入室內(nèi)的熱量降低18.3％;夏季陰雨天時(shí)，相變玻璃窗內(nèi)壁面峰值溫度降低2℃并延遲1小時(shí)出現(xiàn)，內(nèi)壁面峰值熱流降低11.4W/m2，但通過(guò)相變玻璃窗傳入室內(nèi)的熱量相比于中空玻璃窗增加4.9％。
　　為進(jìn)一步提高相變玻璃窗的保溫隔熱性能，優(yōu)化選擇出適合于夏熱冬冷地區(qū)氣候條件下應(yīng)用的相變材料。利用驗(yàn)證后的數(shù)值模型計(jì)算分析了含不同相變材料相變玻璃窗的動(dòng)態(tài)傳熱過(guò)程，得到了相變材料熱

5、物性參數(shù)對(duì)相變玻璃窗動(dòng)態(tài)傳熱性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明:隨著相變材料相變潛熱的增大，相變玻璃窗調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度波動(dòng)和調(diào)節(jié)空調(diào)負(fù)荷的能力增強(qiáng);適合于夏熱冬冷地區(qū)相變玻璃窗中應(yīng)用的相變材料的相變溫度在25℃～31℃之間;為提高相變玻璃窗的保溫隔熱性能，應(yīng)盡量減小相變材料的相變溫度區(qū)間。
　　為研究相變玻璃窗相對(duì)于中空玻璃窗和單層玻璃窗對(duì)建筑物全年能耗的影響，本文根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將相變玻璃窗非線性的光學(xué)參數(shù)與熱學(xué)參數(shù)處理為固態(tài)時(shí)和液態(tài)時(shí)的積分

6、平均值，利用能耗模擬軟件ENERGYPLUS計(jì)算得到夏熱冬冷地區(qū)某辦公建筑采用相變玻璃窗、中空玻璃窗及單層玻璃窗后各項(xiàng)能耗的變化情況。結(jié)果表明:采用相變玻璃窗時(shí)建筑物全年總耗電量相比于采用中空玻璃窗降低1.77％，相比于采用單層玻璃窗降低3.47％。其中，采用相變玻璃窗時(shí)建筑物全年供冷耗電量相比于采用中空玻璃窗降低6.46％，相比于采用單層玻璃窗降低6.68％;采用相變玻璃窗時(shí)建筑物全年供暖耗電量相比于采用中空玻璃窗增加13.9％，相比