南京地區(qū)復(fù)合相變混凝土砌塊冬季應(yīng)用效果研究

1、2016年第4期4月混凝土與水泥制品CHINACONCREI’ECEMENTPRODUCI1S2016No4April南京地區(qū)復(fù)合相變混凝土砌塊冬季應(yīng)用效果研究張維維，程建杰，張源，何嘉鵬(1南京工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，210009；2江蘇大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，鎮(zhèn)江212013)●摘要：以南京地區(qū)冬季的室外空氣綜合溫度為計算條件，利用FLUENT軟件模擬分析了空心混凝土砌塊、EPS外保溫、復(fù)合相變混凝土砌塊應(yīng)用于南向外墻時對空調(diào)房間和非

2、空調(diào)房間室內(nèi)熱環(huán)境的影響。研究結(jié)果表明：對于空調(diào)房間和非空調(diào)房間，相變石膏板內(nèi)置時的利用效果均優(yōu)于外置；對于空調(diào)房間，EPS外保溫和內(nèi)置相變溫度為19℃的相變石膏板的復(fù)合相變混凝土砌塊下的內(nèi)壁面熱流波幅分別較空心混凝土砌塊減小73％、43％而房間總散熱量分別較空心混凝土砌塊減小6％、45％；對于非空調(diào)房間，內(nèi)置相變溫度為15℃的相變石膏板的復(fù)合相變混凝土砌塊下的室內(nèi)空氣平均溫度分別較空心混凝土砌塊和EPS外保溫提高245c(二和224℃

3、，而溫度波幅分別較空心混凝土砌塊和EPS外保溫減小82％和51％。關(guān)鍵詞：夏熱冬冷地區(qū)；相變材料；復(fù)合相變混凝土砌塊；FLUENT；焓法模型Abstract：TheoutdooraircomplextemperatureinwinterinNamingasthecalculationconditionstheFLUENTsoftwarewasusedtosimulateandanalyzetheefectofthehollowconcr

4、eteblock(HCB)，EPSexternalinsulation(EPS)andthecompositephasechangeconcreteblock(PCCB)appliedinthesouthfacadeontheindoorthermalenvironmentofroomswjthairconditionersandwithoutairconditionersTheresultsshowthatfor￡heroomswit

5、hairconditionersandwithoutairconditioners，theutilizationeffectofthephasechangeplasterboard(PCB)ininternalputtingwasbetterthanexternalputting；fortheroomwithairconditionerstheamplitudesofheatfluxontheinnerwallsurfaceofEPSa

6、ndPCCB(thePCBwasputintheinnerhole，thephasechangetemperaturewas19％)decreasedby73％and43％respectivelythanHCB，andthetotalheatemissionoftheroomdecreasedby6％and45％respectivelythanthatofHCB；fortheroomwithoutairconditioners，thea

7、veragetemperatureofindoorairoftheroomwithPCCB(thePCBwasputintheinnerhole，thephasechangetemperaturewas15oC)increasedby245oCand224℃respectivelythanHCBandEPS，andtheamplitudeofthetemperatureoftheindoorairdecreasedby82％and51％

8、respectivelythanthatofHCBandEPSKeywords：Hotsummerandcoldwinterzone；Phasechangematerial；Compositephasechangeconcreteblock；FLUENT；Enthalpymethodmodel中圖分類號：TU522文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000—4637(2016)04—66—060前言隨著生活水平的提高，人們對室內(nèi)環(huán)境舒適度提出了更

9、高的要求，隨之而產(chǎn)生日益增長的能耗。相變材料在發(fā)生相變時，溫度近似不變，且能吸收或釋放大量的熱量。選擇具有合適相變溫度的相變材料，將其應(yīng)用在建筑物中，能夠在冬季白天蓄熱晚上放熱，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。呂石磊等Ⅲ通過DSC測試選擇了具有合適相變溫度的相變材料并直接浸漬溶入墻板形成相變墻板，指出在北方寒冷地區(qū)的冬季利用夜間谷電使相變墻板蓄存電熱膜的熱量以減小白天的能耗，但并基金項(xiàng)目：“十二五”國家科技支撐計劃資助項(xiàng)目(2011BAE14B

10、06)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51508232)；江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BK20150521)；江蘇省博士后科學(xué)基金項(xiàng)目(1501106B)：江蘇大學(xué)高級人才科研啟動基金項(xiàng)目(15JDG049)。一66一未對其使用效果做出具體分析說明。ShuhongLi等圓將芒硝填人中空玻璃窗中形成相變窗并與中空玻璃窗進(jìn)行在冬季氣候下的應(yīng)用效果對比，研究得到由于芒硝的相變溫度較高，不能在冬季發(fā)揮蓄熱作用，且相變窗的導(dǎo)熱系數(shù)大于中空窗，所以在冬季使用相

11、變窗達(dá)不到節(jié)能效果。劉馨等[31提出了一種太陽能空氣集熱器與相變墻復(fù)合采暖的系統(tǒng)白天太陽能空氣集熱器工作，使相變墻蓄熱，夜間相變墻放熱加熱室內(nèi)空氣，經(jīng)試驗(yàn)研究得到太陽能的利用率達(dá)到30％以上，在晴朗的白天室內(nèi)能滿足采暖的基本需求。施冠羽等[41在有源相變墻體二維數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上分析了相變材料的相變溫度、相變潛熱、厚度等各因素對低溫?zé)崴性聪嘧儔w輻射供暖特性的影響。WenyeLin等[51提出了一種結(jié)合太陽能光伏集熱器和相變材料的新型天

12、花板通風(fēng)系統(tǒng)，通過研究得到在冬季氣候下，該系統(tǒng)能顯著提學(xué)兔兔www.xuetutu.com2016年第4期混凝土與水泥制品總第240期相同。即研究房間的五面內(nèi)墻(包括上下樓板)看作絕熱邊界條件；⑥對于空調(diào)房間，假定室內(nèi)空氣溫度恒定為l8℃。22控制方程目前數(shù)值計算相變傳熱問題中較好的模型有顯熱容法和焓法[81，這兩種方法計算誤差小，而焓法較顯熱容法的計算誤差更小嘲。FLUENT中采用的基本數(shù)學(xué)模型即為焓法，針對相變傳熱問題使用So1id

13、ification／Melting模型進(jìn)行求解。焓法模型可表示為：p=VT(1)H=T罟【()】日f[(s)】占Tm8≤Tze(2)式中：為相變材料的焓，Jg；為相變材料在下時刻的溫度，K；Jp為密度，kg／m；后為導(dǎo)熱系數(shù)，W／(mK)；。為相變材料在固相、液相時的比熱容，J／(kgK)；Tm為相變材料相變溫度區(qū)間的中心溫度，K；、為相變材料固相和液相的飽和焓，J，kg，=，(一8)，Hf=()Q；Q為相變材料的相變潛熱，J／kg；占

14、為相變半徑，即相變材料相變溫度區(qū)間的一半，K。在試驗(yàn)室利用變溫?zé)嵯湓囼?yàn)裝置對FLUENT中的焓法模型求解相變傳熱過程的正確性進(jìn)行了驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果的相對誤差不超過5％，說明基于焓法模型利用FLUENT來計算相變傳熱過程是正確可行的。23初始條件及邊界條件(1)初始條件T(x，7_)J(3)式中：為計算開始時墻體處的溫度，K，此處取291K。(2)邊界條件，(一)=一kl瑚(4)aqinh(in)=一k旦I血(5)o式中：‰為墻體

15、內(nèi)表面的輻射通量，W／m；、為房間內(nèi)空氣溫度和室外空氣綜合溫度，K；為外墻內(nèi)、外表面溫度，K；hwinh，為外墻內(nèi)、外表面對流換熱系數(shù)，取h：87W／(m。K)，=230w／(m2K)【徹。24室外計算溫度建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面同時受到室外空氣溫度一68一和太陽輻射的熱影響，故此處采用作用于房間南外墻的室外空氣綜合溫度進(jìn)行計算。：pI一曼aw0f(6)式中為室外空氣綜合溫度，℃；為室外空氣溫度，℃；P為圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面對太陽輻射熱的吸收系數(shù)。

16、在此取p=073【11；，為太陽總輻射強(qiáng)度；為外表面對流換熱系數(shù)，即Ctw=23OW／(mK)；占為圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面的長波輻射系數(shù)；AR為圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面向外界發(fā)射的長波輻射和由天空及周圍物體向圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面發(fā)射的長波輻射之差，對于垂直表面取AR=O。采用中國典型氣象年數(shù)據(jù)【，選取典型夏熱冬冷地區(qū)南京最冷月1月27日～1月28日的室外氣象參數(shù)進(jìn)行模擬計算，2d內(nèi)室外空氣溫度、南向總輻射強(qiáng)度、作用于南向外墻的室外空氣綜合溫度如圖4所示：：＼：

17、一l1001Ooo90080070060o5002400雜圖4計算用室外氣象參數(shù)3模擬結(jié)果與分析相變材料的相變溫度對其傳熱過程的影響至關(guān)重要。相變溫度過高，相變材料不能熔化，不能蓄存熱量；相變溫度過低，相變材料不能凝固，蓄存的潛熱得不到釋放。而不同的使用位置對相變材料的相變溫度要求也會不同。以下分別研究空調(diào)房間和非空調(diào)房間應(yīng)用復(fù)合相變混凝土砌塊時相變石膏板的放置位置和相變溫度對室內(nèi)熱環(huán)境的影響，取程序運(yùn)行穩(wěn)定后2d的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。31空