1、应用在空气调节领域的相变材料建筑构件的研究闫全英北京建筑工程学院，城市建设学院本文摘要：相变材料构件中使用了相变材料。由于相变材料较强的蓄热性能，所以它能够节约空调冷负荷，减小室内温度波动，提高在夏季的舒适度。因此，如果应用了相变材料，空调系统的初投资和运行费用会在很大程度上有效的缩减。与此同时，室内环境得到改善。本文所重点研究建筑中使用的合适的相变材料以及相变材料与建筑材料的结合形式。通过考虑这些材料的特性，如相变温度，相变潜热，传热系数和膨胀系数，人们就可以据此选择和评价这些相变材料。相变材料和建筑材料的结合形式已被提出。人们分析相变材料结构对室内热性能的影响和节能效果，并将其与传统的无相2、变材料的结构相比较。事实证明，相变材料结构在实际建筑工程中是可行的。以上这些研究为发展中的相变材料建筑构件提供了基础。关键字：相变材料，建筑构件，节能效果简介：随着生活水平的提高，人们越来越要求更加舒适的生活环境。建筑能耗（包括空调和供暖等的能耗）加重和环境污染加快。因此，在建筑设计和节能领域，如何在提高舒适度，降低能耗和环境保护中找到适当的平衡已经成为一个主要课题。相变材料的应用为提高舒适度，降低能耗和减小对环境的负面影响提供了一种解决方法。通过不同方式把相变材料加入建筑构件中是一个热点研究项目。相变材料在建筑领域的应用已被国际能源协会（IEA）视为今后主要的研究方向。美国的科学家在相变材料3、热蓄能的研究中处于领先地位。他们深入研究加入相变材料的建筑复合材料，如何提高相变材料作用效果，相变的热传递以及蓄能系统的设计。在1978年，美国特拉华大学研究学院建造了相变材料墙，它的蓄能效果超于一般砖墙。日本的相变材料的研究逊于美国。在二十世纪七十年代，日本三林电子公司研究了应用于供暖和制冷系统的相变材料。在德国，Krichel教授研究相变温度低于100摄氏度的相变材料。法国的研究人员建造了实验房子来研究相变材料的作用效果。实践证明，应用了相变材料的实验墙体减小了室内温度波动。Yhirayama研究了建筑构件的热容对室内热性能的影响。实验证明，相变材料结构能够减小室温波动，提高舒适度。S.H4、okoi研究存储太阳能的相变材料地板。J.ohishi认为相变材料墙不仅能够利用太阳能，也能在夜间存储电能以供白天使用。一些研究人员还研究了应用于空调系统的相变材料的蓄热。然而，国内很少发现有这领域的研究。虽然曾报道过有关相变传热和相变材料物理性质的研究，但还没有过有关相变材料蓄热系统和相变材料建筑构件的研究。目前，为了降低建筑能耗，建筑设计者们采用轻质结构，例如多孔砖，空心转等。但质量轻的材料蓄热能力弱，隔音效果差。建筑构件的蓄热能力能够改善室内环境。随着建筑构件蓄热能力的提高，室温波动减小，室内舒适度提高，供暖能耗和空调能耗降低。由此，空调和供暖系统的初投资和运行费用减少。在传统建筑构件中5、加入相变材料便结合成了相变材料建筑构件。这种构件的蓄热能力得到提高，传热量降低，能够减小室内温度波动，并且节能。本文研究相变材料以及相变材料建筑构件的结合组成和节能效果。其研究结果为相变材料的未来发展和在实际中得应用提供了基础。2选择和评价相变材料应用在建筑构件的相变材料应满足以下条件：（1）适宜的相变温度（2）更大的相变潜热值（3）适宜的导热性（4）在相变过程中没有相分离和过冷（5）无毒且不可燃，价格便宜。相变材料中使用最多的有石蜡，酯酸，多元醇，结晶水合物盐等。石蜡是多种烯烃的混合物，它可以用化学分子式表示为CnH2n+2O2。石蜡的融化温度随烯烃碳链长度的不同而不同。这些不同融化温度的石6、蜡是从石油的提炼产物中得到的。石蜡的优点是：廉价易得，更广的相变温度范围，更高的相变潜热值，无毒，稳定，没有相分离和过冷。酯酸的化学分子式为CnH2nO2，其特点与石蜡相似，相变温度温度范围是10至50摄氏度。多元醇是固固相变材料。它具有较高的换热热量，较小的体积变化，无腐蚀性，无液态生成。不同相变温度（从几十到几百摄氏度）的多元醇可以通过改变混合物成分得到。无机水合物盐是无机混合物。它的化学分子式可表示为AB.mH2O,例如NaSO4.10H2O,Na2CO2.10H2O,CaCL2.6H2O等等。根据以上相变材料特点和对建筑构件中的相变材料的喜好来说，石蜡和多元醇是应用在建筑构件的理想材料7、。为了获得所需的相变温度，人们可以制造有多种组分混合成的多元醇和含不同碳链长度的烯烃石蜡混合物结合而成的相变材料，为我们所用。在选择相变材料时，首先考虑的是材料的相变温度。适宜的相变温度范围是复合相变材料建筑构件的关键因素。相变材料的相变温度应比夏季气温的最低值高一些。所以，对一个城市来说，我们应知道那里夏季的室外最高气温和最低气温。相变材料的相变温度应比室外最低温度高2摄氏度。例如，一个城市的夏季最低气温是27摄氏度，那么可以采用相变温度为29摄氏度的相变材料。在北京，夏季室外最低气温可认为是24.4摄氏度，所以建筑构件加入相变温度范围为2730摄氏度的相变材料的时就很合适。对于此种情况来说8、，石蜡和多元醇是非常理想的相变材料。3相变材料和建筑材料的结合方式对于发展相变材料建筑构件，相变材料如何作为组元加入现有的建筑结构是众多关键问题之一。实现相变材料和建筑材料的融合可以有以下几个方法：（1）将相变材料吸入多孔建筑材料中（2）在聚合物中渗入相变材料（3）将相变材料吸入特殊的硅中，形成柔软可以自由流动的干粉末，然后将其与其他建筑材料混合（4）将相变材料放入合适的容器中，密封好容器，然后将其置于建筑结构中，其中的容器可以是铁质或塑料材质的。与其他两种方法比较而言，方法一是非常合适的。其优点在于结构简单而且性质均匀，易于制成形状不同和大小不一的建筑构件。可以吸纳相变材料的建筑材料包括有水9、泥构件，石灰板，水泥板，水泥-沙-石灰合成砖和多孔墙等。制作时可以将建筑构件浸在相变材料溶液中，吸收饱和后使溶液蒸发即可使用。用这种方法所显现的优缺点和作用效果主要取决于所使用的建筑材料和相变材料的吸热能力和稳定性。4相变材料建筑构件在热性能和能耗方面的作用与传统的建筑构件相比，相变材料建筑构件能够减小室温波动，提高舒适度，降低能耗和设备运行费用。图1显示了在建筑物中使用了相变材料和未使用相变材料时，室内温度随时间变化的不同变化规律。在图一中，实线表示不含相变材料的建筑内室温变化规律，虚线表示含有相变材料的建筑内的室温变化规律。从图中，我们可以看出含有相变材料的建筑室内温度波动要比传统建筑小，10、舒适度也由于相变材料的强蓄热性提高了。图1 室内温度随时间的变化规律从另一方面说，热流从室外到室内穿过相变材料时被延迟，并且热流量比不含相变材料的建筑构件要少。并且，热流波动更小，由此，降低了建筑的热负荷和冷负荷。5总结相变材料建筑构件在空气调节领域的发展中有着很积极的作用。相变材料建筑构件能够减少从室内到室外流经建筑构件的传热量，并且由于相变材料较强的蓄热性能使得夏天的舒适度得到提高。此外，相变材料建筑构件能够在夜间储存大量冷量用来负担白天的峰值负荷，因此能够降低空调系统中的能耗。由于使用了相变材料的建筑的冷热负荷比现有的建筑低很多，所以能够减小空调系统规模，降低投资和设备运行费用。相变材料建筑构件是由相变材料和建筑材料复合而成的。因此，相变材料的选择以及相变材料和建筑材料的复合形式对于研究和发展相变材料建筑构件是十分关键的。石蜡和多元醇都适合应用于建筑构件。相变材料与建筑材料的结合形式应采用将相变材料吸入建筑材料这一方法。在使用了相变材料的建筑中，室温波动小，热流被延迟，所以提高了室内舒适度并且节能。