相变储能墙体作为一种新型墙体节能技术,不仅能提高墙体的保温隔热性能,还能提高墙体的储热蓄热性能,改善建筑室内热环境,但在相变储能墙体的构建方法、传热特性以及对建筑能耗的影响等方面还需要进一步研究。本文采用数值计算、物理试验和理论分析相结合的方式,研究了室温复合相变储能砂浆的制备方法与基本性能,探究了相变储能墙体适宜相变温度的确定方法,研究了不同构造相变储能墙体的传热特性以及对室内温度和建筑能耗的影响规律。主要结论与创新成果如下:(1)研制了一种适用于建筑室温环境的复合相变储能砂浆,得到了原材料-复合-吸附-封装-配制为一体的新型相变储能砂浆制备方法。以固体石蜡和液体石蜡为原材料,采用加热熔融混合方法制备了适用于建筑室温环境的复合相变石蜡,具有较高的相变焓值和热稳定性;以环氧树脂作为封装材料、以陶粒作为多孔吸附载体制备了相变陶粒,复合相变石蜡的吸附率达到58%以上;以相变陶粒替代中砂制备了相变砂浆,相变陶粒适宜替代率为50%,适宜配比的相变砂浆抗压强度为9.33MPa,导热系数为0.739 W/(m·K),具有良好的力学和热工性能。(2)提出了考虑朝向和构造的相变储能墙体适宜相变温度确定方法,确定了夏季工况相变储能墙体的适宜相变温度。以徐州地区夏季不同朝向墙体表面的空气综合计算温度为边界条件,采用ANSYS软件对不同构造相变墙体的传热过程进行模拟计算,以墙体内表面温度为判定依据,得到了墙体适宜相变温度为相变层外表面平均温度。适宜相变温度随相变层位置由外到内逐渐降低,外侧相变墙体适宜相变温度最高,内侧相变墙体最低;适宜相变温度受墙体朝向影响较大,西向墙体最高。(3)提出了相变储能墙体传热特性试验测试方法,设计搭建了模拟夏季室外环境温度的人工环境模拟试验平台,完成了外侧、夹心、内侧三种构造相变储能墙体传热特性的物理试验,并利用试验测试温度为边界条件,对三种构造相变储能墙体的传热特性进行了数值模拟计算,综合对比试验测试结果和模拟计算结果,平均误差率均小于5%,两者具有较高的一致性。(4)揭示了相变储能墙体的传热特性,得到了相变温度、相变焓值、相变层厚度对外侧相变储能墙体传热特性的影响规律。基于相变过程的一维非稳态传热理论,建立了相变墙体传热过程数学模型,根据相变墙体传热过程试验测试与模拟计算结果,揭示了不同构造相变储能墙体的传热特性。外侧相变墙体夏季隔热性能提高显著,墙体内表面最高温度下降了0.4℃,平均传热系数降低了28.3%,温度衰减倍数提高了65.8%,延迟时间增大了2h,表面蓄热系数提高了28.2%。相变温度、相变焓值和相变层厚度对外侧相变墙体传热特性具有重要影响。(5)得到了人工试验环境工况下内侧相变储能墙体试验箱、自然环境工况下外侧相变储能墙体试验房的室内温度变化规律。在人工交变温度工况下,封闭的内侧相变试验箱内空气温度高于普通试验箱;在升、降温工况下,试验箱内空气温度升、降温速率均小于普通试验箱。在夏季自然环境工况下,外侧相变储能墙体降低了室内空气温度,减小了室内温度波动。(6)得到了相变储能墙体对建筑能耗的影响规律,提出了夏季工况相变储能墙体的优化设计方法。以气候适应、建筑适用和性能最优为原则,以数值模拟计算为工具,以传热特性和建筑能耗为依据,确定了徐州地区夏季工况相变墙体的优化设计参数,相变墙体的适宜构造为外侧相变墙体,东、南、西、北四个朝向墙体的适宜相变温度分别为31.3℃,31.2℃,32.1℃,31.2℃,适宜相变砂浆总焓值为2400kJ/m~2,优化设计的外侧相变墙体改善了夏季建筑室内热环境,降低了空调能耗。