能源是人类赖以生存的基础,但随着社会进步和经济科技水平的快速增长,化石能源紧缺和环境污染已成为制约人类发展的重大问题。我国严寒地区的农宅采暖不仅消费大量的煤炭资源,同时其产生的废气也对环境和人体健康造成不利影响。因此减少严寒地区建筑能耗、开发利用新能源对于我国节能减排战略具有重大意义。太阳能以其清洁、能量巨大等优点成为新能源研究热点,相变储能技术可使能量利用率最大化,有利于严寒地区建筑节能。本文基于上述背景,以严寒地区农宅建筑作为研究对象,将太阳能与相变储能技术相结合,提出一种太阳能相变墙体供暖系统,并对其进行系统设计及储放能规律研究,验证其在严寒地区农村建筑中使用的可行性,旨在降低严寒地区建筑冬季供暖能耗,为严寒地区节能减排工作提供参考。主要研究内容如下:(1)改造严寒地区既有农宅并计算其热负荷,以典型年冬季平均太阳辐射值作为设计热源,对该农宅进行太阳能相变墙体供暖系统进行设计,确定系统的基本布置、PCM的种类与用量、太阳能集热器的面积及循环介质用量等系统参数,并计算该系统在严寒地区采暖季条件下的节能率。设计计算结果表明,改造后的农宅可节能31.80%。(2)通过控制变量法对太阳能相变墙体的储放能特性进行分析,研究了在单一工况下相变墙体传热规律,对比了不同管径、入口流速和入口温度对相变材料熔化速率的影响。研究结果表明入口温度是影响相变材料熔化速率的最直接因素。采用正交模拟法判断不同因素对相变材料熔化效率的影响水平大小,结果表明影响顺序为入口温度>管径>入口流速。从极差值来看,管径和入口流速对相变材料熔化效率影响较小,且影响水平相当。得到该系统的最佳运行工况布置为管径DN25,入口流速0.3m/s,入口温度为310K(37℃),出口温度309K(36℃),加热时间4h。同时确定了相变墙体中最大管间距(107mm)及墙体的布置方式,并确定了墙体在放热条件下的相变循环性。(3)通过控制变量法及正交模拟法,研究了不同翅片参数强化太阳能相变墙体传热的规律,重点分析了六种翅片工艺参数在相同时间内对相变材料液相分数的影响规律。其中翅片肋高影响最大,各因素的影响大小顺序为:翅片肋高>翅片厚度>翅片间距=翅片布置方式>翅片材质>翅片形状。验证了在短翅片条件下,管间距满足DN25 PB管的最小管间距125mm,证实添加翅片的有效性。此后进行了相变墙体放热性能的模拟研究,相变材料未完全凝固,可以有效地维持室内温度的稳定性,同时也对太阳辐射的波动性起到一定的补偿作用。