随着各行各业的发展,能源压力日益显著,暖通空调的能耗占比较大,为了解决建筑空调能耗过大这一问题,本文以一种新型的节能屋面结构——定型相变通风屋面作为研究对象,通过增强屋面隔热性能,减少夏季空调能耗,达到节能的目的。本文采用CFD数值模拟软件建立了三种定型相变通风屋面模型——外层定型相变通风屋面、中间层定型相变通风屋面和内层定型相变通风屋面,在武汉市夏季室外典型日气候条件下,采用单一变量控制法,模拟分析了相变温度、相变材料厚度、空腔通风策略和空腔大小等因素分别对三种屋面热工性能和相变材料潜热利用率的影响,确定最优工况,实现相变通风屋面结构的相变层与通风层的优化设计。模拟结果表明,对于外层定型相变通风屋面,当相变材料厚度为35mm、相变温度为35~37℃,通风速度为2.5m/s,空腔半径为40mm时,屋面的隔热性能最好,屋面内表面温度较低,相变材料潜热利用率较高;对于中间层定型相变通风屋面,相变材料厚度为25mm、相变温度为33~35℃,通风速度为2.5m/s,空腔半径为40mm,是最为优化的屋面结构;对于内层定型相变通风屋面,当相变材料厚度为15mm、相变温度为29~31℃,通风速度为2.6m/s,空腔半径为40mm时,屋面结构最佳,隔热效果最好,经济性好。在不同的室外气候条件下,分析了三种定型相变通风屋面优化结构的节能效果。外层、中间层、内层定型相变通风屋面的相变材料开始融化的临界室外空气综合温度分别为43℃、48℃和49℃、有效作用时间分别为372小时、252小时和230小时。综合对比三种优化结构和非相变通风屋面的隔热性能,三种定型相变通风屋面的隔热性能均优于非相变通风屋面,其中外层定型相变通风屋面优化结构的隔热效果最好,在夏季的有效作用时间最长。相比于非相变通风屋面,屋面内表面最高温度最高降低了3.65℃,屋面内表面平均温度最高降低了1.77℃,一天的传热量最高降低了1333.76kJ/m~2,衰减系数降低了0.053~0.172,延迟时间增长了1到5个小时。