相变材料热物性参数对相变窗动态传热特性的影响研究.pdf

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1、相变材料热物性参数对相变窗动态传热特性的影响研究孙高峰李舒宏钟克承张小松东南大学摘要：为提高夏热冬冷地区相变玻璃窗的保温隔热性能，本文建立相变玻璃窗动态传热的数值模型，搭建了相变玻璃窗和中空玻璃窗动态传热特性对比实验装置。在夏季晴天和阴雨天条件下进行实验测量，结果表明：相变玻璃窗(MG29)在夏季气候条件下能起到良好的保温隔热作用和调节空调系统峰值负荷的作用，夏季晴天时，通过相变玻璃窗传入室内的热量相比于中空玻璃窗降低18．3％。在实验的基础上。通过数值模拟计算研究相变材料的物性参数对相变玻璃窗动态传热特性的影响。结果

2、表明：随着相变材料相变潜热的增大。相变玻璃窗调节室内温度波动和调节空调系统峰值负荷的能力增强；适合于该地区相变玻璃窗中应用的相变材料的相变温度在25℃一31‘C之间；为提高相变玻璃窗的保温隔热性能，应尽量减小相变材料的相变温度区间。关键词：相变玻璃窗；数值模拟；相变潜热；相变温度；节能率1引言中国建筑终端能耗占社会总能耗的25．5％1“。在中国夏热冬冷地区．围护结构耗能量约占到建筑物总耗能量的60％．80％．而窗户耗能量约占到围护结构耗能量的30％t习。改善建筑外窗的保温隔热性能能够降低建筑负荷，对降低建筑能耗具有重要

3、意义。关于相变玻璃窗的特性国内外学者进行了一系列的研究。Ismail和HenriquezP4]开究了含相变材料聚丙烯L--醇的玻璃窗的传热性能，结果表明通过该相变玻璃窗传递的热量相对于中空玻璃窗(Hw)明显减少。并采用分光光度法闸研究了含有相变材料的玻璃窗的太阳辐射透射率和太阳辐射反射率的变化情况。Francesco[5-T]等建立了对含相变材料石蜡的玻璃窗的数学物理模型并进行了相应的实验研究。研究了含两个夹层的相变玻璃窗的传热性能并评价了相变玻璃窗(RT35)对室内热舒适性的影响。G0wreesuIlker哆用温度记

4、录法和分光光度法研究了相变玻璃窗(RT27)的热学和光学特性。罗庆网等研究了含相变材料CaCl2-6H20的玻璃窗的传热性能．发现该相变玻璃窗内壁面的峰值温度要比中空玻璃窗内壁面的峰值温度低30C。4℃。文献，晰究了相变玻璃窗(十水硫酸钠)在夏热冬冷地区应用的节能效果。研究表明：该相变玻璃窗在夏季晴天时保温隔热效果较为显著。具有较好的节能效果：但在夏季阴雨天和冬季晴天及冬季阴雨天的节能效果较差。相比于中空玻璃窗，该相变玻璃窗全年通过玻璃窗的耗能降低40．6％。为提高相变玻璃窗在夏热冬冷地区应用的节能效果，本文测试了相变

5、玻璃窗(石蜡MG29)在夏季晴天和夏季阴雨天的动态传热性能，并通过数值模拟计算研究相变材料的物性参数对相变玻璃窗动态传热特性的影响，具体分析相变材料的相变潜热、相变温度和相变温度区间对相变玻璃窗动态传热特性的影响。2数值模型2．1双层玻璃窗物理模型内含空气或相变材料的双层玻璃窗的传热过程如图1所示，太阳辐射经过双层玻璃窗时分为三部分，一部分成为反射辐射离开玻璃表面，一部分被玻璃窗吸收并暂时贮存在玻璃窗内部，另一部分透过玻璃窗成为室内的得热量。双层玻璃窗内、外表面分别与内部、外部环境通过对流换热和热辐射作用进行复合传热。

6、为了使双层玻璃窗传热过程的数值计算简便可行。需对其传热过程进行简化处理。如在考虑空气夹层的传热过程时，当格拉晓夫数Gr。<2860时，可忽略空气夹层间的对流传热，认为夹层内的热量传递依靠热传导作用。当平板高度和222016．03宽度是厚度的8～10倍时，按一维导热处理的计算误差不大于1％，因此将双层玻璃窗的传热过程简化为一维非稳态导热过程。辐射00102z1X图1相变玻璃窗与中空玻璃窗传热过程2．2双层玻璃窗传热控制方程和边界条件能量方程：当0

7、填充物为空气时，p,ca鲁0=Aa婆dx"(2)r当戈，☆a：且中间层填充相变材料时，p硒I婴=A删婆(3)d下dx‘其中，p。、p。蚋瑚分别为玻璃、空气和相变材料的密度，C。、c。分别为玻璃和空气的比热，A。⋯AA删分别为玻璃、空气和相变材料的导热系数，日为相变材料的焓值。方程(3)中日用如下方法得到：H=Ho+AH(4)f‘风=日一J。，c础(5)JB：0(tq圳)(6)口=j二!幽一(7)￡bm削一‰／3=1(￡>‰)(8)△日邛QL(9)式中：日——相变材料的焓值：日0．一相变材料在开始发生相变时的焓值；A日—

8、—相变过程中的潜热量；￡。r—_焓值是零的参考温度；日厂参考点的焓值；c厂定压比热；卜计算区域中液相成分所占份额；￡dr一相变材料由固态向液态转变的温度；￡b扩一相变材料完全变为液态时的温度；Q厂相变潜热。边界条件：当x=0时，Ag粤黾(f州一￡州)(10)OX,当戈≈3时，一，2016．0323相变玻璃窗相对于中空玻璃窗的节能率