相变PCM蓄能住宅的应用是一门艺术0

2018-11-20 11:23:26

建筑物中有各种可能的加热和制冷方法，但是建筑物自身的蓄能能力至关重要，相变PCM可以应用在，PCM墙板，PCM窗百叶，空气加热系统，地板采暖，PCM天花板等。所有加载在冷热系统中的相变PCM蓄能材料都具有良好的加热和冷却的潜力，也非常有利于降低建筑物能耗的需求。当建筑的结构可以利用太阳能量的时

建筑物中有各种可能的加热和制冷方法，但是建筑物自身的蓄能能力至关重要，相变PCM可以应用在，PCM墙板，PCM窗百叶，空气加热系统，地板采暖，PCM天花板等。所有加载在冷热系统中的相变PCM蓄能材料都具有良好的加热和冷却的潜力，也非常有利于降低建筑物能耗的需求。

当建筑的结构可以利用太阳能量的时候，能量会被吸收和存储，合适的分布到建筑的各个部位。在蓄能好的建筑中，所有建筑的能量都是自然的被分布到各个位置的，没有使用机械和电的能耗。蓄能好的建筑各个部位如墙面，顶面，地面，窗和隔断等都吸收和存储能量。

从材质上讲如石头，砖，混凝土，保温，玻璃，遮阳等都是蓄能的建材。构成建筑维护结构如砖，混凝土，相变PCMC材料等。如果这些材料都很厚重（墙体，顶面等）那么他们可以储存足够的能量来抵抗室外的温度波动

材料的能量变化有两种方式：

-显热变化（材料吸收热量温度改变）

-潜热变化（材料吸收热量发生形状相变，材料本身几乎温度不变）

举例：

将一公斤零度的冰融化成零度的水需要333KJ的能量（潜热相变），而使用333KJ的能量可以将一公斤零度的水升温到80度（显热温升）

材料相变的蓄能远远高于材料温度的变化，利用这个特性来存储能量节约能耗是最佳的建筑选择。

目前，建筑上主要储存热量和冷量的是依靠显热的建筑材料，而另外一种热量储存的材料是吸收潜热的相变PCM材料。和显热的材料（如：水）不同的地方是。相变PCM能够储存数倍高的能量，而且是在等温的情况产生的，此种特效特别适合于顶面的采暖和制冷应用

相变PCM的顶面材料和制冷

相变PCM是潜热存储材料。用来吸收和释放能量。形式是固体-液体，或者液体到固体。称为相变。室内常温应用的相变材料温度在20-32度之间

相变PCM墙面

相变PCM的墙面因为便宜所以有广泛的应用，研究表明墙面应用相变PCM（采用室内舒适温度相变温度点的材料）和石膏板可以提高10-130%的建筑蓄能水平。相变温度在室内设置的舒适温度差在1-3度时候最有效果，相变PCM的蓄能能力可以用来抵抗最高值的冷热负载和减少采暖和制冷系统的初期设计用量。

有的测试项目在相变PCM铺设最佳的情况下持续观察到比同样的房间没有PCM的低10度。在有斜顶的房间里使用墙面相变PCM材料。 29度的相变温度材料测试结果在夏天有墙面PCM的房间比没有的墙面温度和空气温度分别要低3.5度和2.5度

相变PCM吊顶板

吊顶板可以作为建筑的采暖和制冷方式，通过不断的固化相变PCM的方式来节约峰值负载，和空调联合使用时可以考虑的。

相变PCM的相变温度可以在20-30度，和室内的温控温度相类似。检测项目中使用的是24.5度的相变材料，每公斤可以吸收172kJ能量。在制冷期间，冷却的空气通过空气处理系统（AHU）通过吊顶上方让PCM蓄冷量。在最热的2个小时期间PCM会用来冷却房间。结果发现PCM吊顶的房间比没有PCM吊顶的房间要相差4度。

相变温度的选择

相变材料应用在建筑内，一般选择的相变温度都在20-30度内，或者接近人体的舒适温度，或者接近空调设定的舒适温度。

选择这些温度对相变材料来讲很重要

举例来说一家酒店的客房空调温度几乎24小时一直在18-23度范围内，那么相变材料的温度可以选择在23度，当房间温度在23度上下区间内会反复进行相变蓄能，就像建筑物的一个电池，超过23度时相变材料吸收能量由固体变成液体，当室内温度低于23度时候，相变材料会释放吸收的能量保持室内的温度。在此阶段，相变材料减少了空调的能耗同时维持了室内的舒适温度，延长了舒适时间

建筑维护结构的原始特点

建筑不管新旧总有它的优点和缺点，新建建筑相对保温气密性能好一些，有好的门窗和外墙保温结构，门窗的密闭性也更好。

而二手建筑的保温和气密性会差别很多，建筑内部的基本不可能做到德国被动建筑那样保温和气密性等级，所以在此范围内就需要更多的建筑维护蓄能，同时改善主要的隔热部件（如门窗）。否则发生的现象就是冬天开暖气很暖，但耗能很大，房间不能保持温度，一旦关掉空调房间降温很快，这也带来房间的温差过大的体感，不会觉得舒适。

同样的夏天温度也是这样，室外的热辐射大量进入室内，空调加大来对抗这个极端的热量，建筑的墙体不能蓄能抵抗外部辐射，房间内会有较大的温差，有人觉得冷的受不了，有人觉得不够凉，结果能量耗了，舒适感还不好，容易生病，有的房间从客厅出风口到另外一端可以差别6度（下图红外成像）

装修阶段和装修后使用相变PCM蓄能材料

在房间装修时使用和装修后使用有很大的区别，在装修阶段使用可以全面考虑建筑墙，顶，地面的缺点，改善其保温和蓄能特点。

如果是顶楼建筑，外墙和顶面是特别要改善的地方，如果是西晒或者东墙，这也是可以预先考虑的蓄能部位，改善后的区域可以大幅度降低热量损失，温度室内的温度，也就保证了居住的舒适，能耗也少了，这才是最佳的健康宜居方式。

整个屋面铺设相变PCM毯

加装石膏板装饰面

铺设好相变PCM蓄能毯和石膏板后的红外成像显示墙面顶面温度较恒定和均衡

当然如果在装修阶段没有来得及设计安装相变PCM蓄能毯，也可以用一些补救的方式来改善下，但是这种方式也受到使用场所的局限性限制

采用墙面挂相变PCM画的方式

由于不是整面墙面或者顶面的安装方式，安装的面积有限，如果原始墙面或者顶面的隔热外保温不理想，热量和冷量很容易通过建筑维护结构进入室内或者损失到室外

在室内使用相变PCM蓄能方式改善居住的舒适和节能性有很大的空间和必要性，在很多没有集中供暖的南方区域和很多原来就有设计缺点的老旧建筑上，需要做的是先改善建筑的保温气密，蓄能，再考虑使用暖通设备满足建筑和人的需要，如果不顾原有建筑的特点一味地预留大的暖通容量，是会是耗能不舒服的高消耗模式。这是不可取也是不可持续的建筑

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