相变窗动态传热过程的数值模拟与实验研究

发布时间：2018-03-27 15:41

本文选题：相变材料　切入点：建筑外窗　出处：《东南大学》2015年硕士论文

【摘要】：我国建筑能耗巨大,建筑节能已成为实现节能减排与经济可持续发展的重要环节。提高透明围护结构的保温隔热性能是实现建筑节能的重要途径。相变玻璃窗利用相变材料较大的相变潜热提高透明围护结构的热容量及热惰性,并具有调节空调及供暖负荷的作用。为了具体研究含相变材料的双层玻璃窗的保温隔热性能,本文建立了相变玻璃窗动态传热的数学模型,利用数值计算的方法,对含相变材料十水硫酸钠的相变玻璃窗在夏热冬冷地区冬夏两季晴天和阴雨天条件下的动态传热性能进行研究,得到了相变玻璃窗内壁面温度和热流密度随室外气象参数变化的规律。结果表明：在夏季晴天时,该相变玻璃窗内壁面的峰值温度相比于中空玻璃窗降低10.2℃,通过相变玻璃窗进入室内的热量相比于中空玻璃窗减少39.5%。但在夏季阴雨天、冬季晴天和冬季阴雨天时,该相变窗的动态热调节性能较差且无节能效果。为验证建立的相变玻璃窗动态传热的数学模型并测试相变玻璃窗在夏季不同气象条件下的传热性能,搭建了相变玻璃窗与中空玻璃窗动态传热性能对比测试装置,通过实验测量和模拟计算得到含相变材料十水硫酸钠的相变玻璃窗在夏季晴天时内壁面温度逐时变化情况,模拟计算结果与实验测量结果吻合较好。由于十水硫酸钠作为相变材料的稳定性较差,本文采用稳定性更好的相变材料石蜡MG29进行夏季晴天和阴雨天条件下玻璃窗的动态传热实验。通过实验测量得到相变玻璃窗与中空玻璃窗内、外壁面温度和内壁面热流密度逐时变化情况。结果表明：相比于中空玻璃窗而言,夏季晴天时相变玻璃窗内壁面峰值温度度降低2.6℃并延迟2小时出现,内壁面峰值热流降低30.2W/m2,通过相变玻璃窗传入室内的热量降低18.3%;夏季阴雨天时,相变玻璃窗内壁面峰值温度降低2℃并延迟1小时出现,内壁面峰值热流降低11.4W/m2,但通过相变玻璃窗传入室内的热量相比于中空玻璃窗增加4.9%。为进一步提高相变玻璃窗的保温隔热性能,优化选择出适合于夏热冬冷地区气候条件下应用的相变材料。利用验证后的数值模型计算分析了含不同相变材料相变玻璃窗的动态传热过程,得到了相变材料热物性参数对相变玻璃窗动态传热性能的影响规律。结果表明：随着相变材料相变潜热的增大,相变玻璃窗调节室内温度波动和调节空调负荷的能力增强：适合于夏热冬冷地区相变玻璃窗中应用的相变材料的相变温度在25℃-31℃之间：为提高相变玻璃窗的保温隔热性能,应尽量减小相变材料的相变温度区间。为研究相变玻璃窗相对于中空玻璃窗和单层玻璃窗对建筑物全年能耗的影响,本文根据相关实验数据将相变玻璃窗非线性的光学参数与热学参数处理为固态时和液态时的积分平均值,利用能耗模拟软件ENERGYPLUS计算得到夏热冬冷地区某办公建筑采用相变玻璃窗、中空玻璃窗及单层玻璃窗后各项能耗的变化情况。结果表明：采用相变玻璃窗时建筑物全年总耗电量相比于采用中空玻璃窗降低1.77%,相比于采用单层玻璃窗降低3.47%。其中,采用相变玻璃窗时建筑物全年供冷耗电量相比于采用中空玻璃窗降低6.46%,相比于采用单层玻璃窗降低6.68%；采用相变玻璃窗时建筑物全年供暖耗电量相比于采用中空玻璃窗增加13.9%,相比于采用单层玻璃窗降低3.57%。因此,在夏热冬冷地区采用相变玻璃窗具有较好的调节空调及供暖负荷的作用并具有较大的节能潜力。
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【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU111.4

【参考文献】