动态隔热相变屋面的热特性研究

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近年来环境污染与能源紧张等问题日益突出,低碳减排已成为党和政府的重点工作,而建筑节能是其中的重要环节。本文提出一种动态隔热相变屋面结构,在混凝土屋面结构上铺设相变材料层及动态隔热层,结合相变储热与动态隔热提高屋面的热工性能。在夏季高温时段,动态隔热层处于高热阻状态进行隔热,高温相变层通过相变进行蓄热,减少室外传向室内的热量;室外温度下降后,动态隔热层调整为低热阻状态,促进高温相变层向室外散热。在冬季高温时段,动态隔热层为低热阻,促进低温相变层吸收室外热量,当室外温度较低时,动态隔热层调整为高热阻,减少屋面热损失,同时低温相变层在高温时段吸收的热量有利于进一步降低室内热负荷。本研究建立了动态隔热相变屋面的简化动态传热模型(RC模型)。与CFD模型对比,内表面温度相对误差在0.05℃以内;与实验结果的相对误差在1.5%以内。将屋面传热模型与在TRNSYS中建立的办公建筑模型耦合后进行联合仿真。在武汉市室外气象条件下进行全年负荷模拟。结果显示,相比保温屋面、动态隔热屋面及相变屋面,动态隔热相变屋面分别可降低33.6%,15.7%及33.7%的冷负荷,16.1%、4.3%及14.6%的热负荷,全年可降低29%、12.5%及28.7%的房间负荷。在武汉市室外气象条件下,对该新型屋面的动态隔热层及两个相变层进行参数优化设计。优化后的动态隔热相变屋面相比参照屋面可降低25.5%的冷负荷及20%的热负荷,全年可降低24.1%的房间负荷。将动态隔热相变屋面应用于寒冷地区和夏热冬暖地区进行负荷模拟。结果表明,动态隔热相变屋面应用于北京时相比参照屋面可降低38.1%的冷负荷及4.6%的热负荷,一年可降低16.4%的房间负荷;应用于广州时相比参照屋面可降低24.8%的冷负荷。动态隔热相变屋面在夏热冬暖地区及夏热冬冷地区的节能效果要优于寒冷地区。
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