低質(zhì)水相變墻體的性能模擬

0 引言

建筑能耗中以供暖、空調(diào)能耗為主，季節(jié)變化、日夜變化大。利用相變材料的潛熱蓄能，將日間的峰值用電量轉(zhuǎn)移到夜間谷值，結(jié)合相變圍護(hù)結(jié)構(gòu)，例如墻體、天花板、地板，采用低質(zhì)能量主動(dòng)式蓄熱與蓄冷，可以緩解高峰用能壓力，提高能量利用效率，降低建筑能耗。

相變材料應(yīng)用于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)可分為被動(dòng)式相變蓄能與主動(dòng)式相變蓄能。被動(dòng)式相變蓄能，相變材料一般設(shè)于外墻上，有降低峰值負(fù)荷、增加墻體熱惰性和穩(wěn)定室內(nèi)溫度的作用，但其受天氣、季節(jié)影響較大。主動(dòng)式相變蓄能將相變材料、加熱管置于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的室內(nèi)側(cè)，利用太陽(yáng)能、熱泵等蓄能。

金星提出了一種主動(dòng)式相變地板供冷/暖輻射系統(tǒng)，該系統(tǒng)有2層不同相變溫度的相變材料，夜間電價(jià)谷值時(shí)蓄能，白天電價(jià)峰值時(shí)釋能，以緩解電力負(fù)荷峰谷差；設(shè)計(jì)制作了簡(jiǎn)易封裝的被動(dòng)式相變墻體，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)比了相變材料安裝于不同位置時(shí)的熱流變化[1]。馮國(guó)會(huì)等人研究了冬季工況下太陽(yáng)能熱水主動(dòng)式相變蓄能，在地板下埋設(shè)雙層毛細(xì)管網(wǎng)，管網(wǎng)中間鋪設(shè)相變材料；并搭建了實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，室內(nèi)平均溫度維持在15.6 ℃以上，有效地節(jié)省了能源[2]。

近年來(lái)，輻射板供暖/冷系統(tǒng)被許多國(guó)家廣泛使用[3]。輻射板供暖/冷的優(yōu)點(diǎn)是，無(wú)吹風(fēng)感，同一水平高度的空間溫度分布更均勻，舒適性好；無(wú)室內(nèi)風(fēng)機(jī)噪聲。地板輻射供暖使用較為廣泛，但因沙發(fā)、床等家具占地面積較大，使得地板散熱效果并不理想，故而本文將輻射盤管設(shè)于內(nèi)墻上，以低質(zhì)水作為換熱介質(zhì)，如30～35 ℃熱水供暖、15～20 ℃冷水供冷，冬季太陽(yáng)能與空氣源熱泵結(jié)合作為熱源、夏季空氣源熱泵作為冷源，熱泵晚上蓄能、白天釋能，可以提高能源利用效率。Cabeza等人在家用的太陽(yáng)能蓄能水箱中加入相變單元體以增加水箱的蓄熱量[4]。袁小永等人研究了太陽(yáng)能相變蓄熱水箱，結(jié)果表明，添加相變材料的蓄熱水箱可有效地提高熱水系統(tǒng)的蓄熱密度，但也存在取熱效率低的問(wèn)題，若將相變材料與建筑結(jié)構(gòu)相結(jié)合，將大大降低換熱損失[5]。

本文通過(guò)建立輻射管與墻體相變材料的傳熱模型，用ANSYS Fluent軟件進(jìn)行求解，獲得冬夏不同工況下相變蓄能墻體的蓄能與釋能特性。

1 數(shù)值計(jì)算方法

1.1 相變蓄能墻體的構(gòu)造設(shè)計(jì)

相變儲(chǔ)能系統(tǒng)原理圖見圖1。相變墻體各層從左至右分別為建筑墻體、保溫層、相變材料層和墻面層。將毛細(xì)管網(wǎng)鋪設(shè)在相變材料層中，與相變材料充分接觸。

1.膨脹閥；2.換熱器；3.定壓罐；4.建筑墻體；5.保溫層；6.相變材料層；7.毛細(xì)管；8.墻面層；9.太陽(yáng)能集熱器；10.蒸發(fā)器或冷凝器；11.四通閥；12.壓縮機(jī)。圖1 相變蓄能墻體示意圖

本設(shè)計(jì)的目的在于利用夜間谷電價(jià)，采用熱泵夜間蓄存能量6 h。相變材料冬季工況選用十八烷，相變溫度26 ℃；夏季工況選用十六烷，相變溫度18 ℃。十八烷和十六烷無(wú)摻雜時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)均為0.2 W/(m·K)，相變潛熱分別為208、225 kJ/kg。由于所選用的相變材料都是有機(jī)類，無(wú)過(guò)冷度，故模擬計(jì)算的相變溫度區(qū)間設(shè)為±1 ℃。

對(duì)于冬季工況：平均熱負(fù)荷估算指標(biāo)取47 W/m2。該案例選取住宅內(nèi)一間臥室，并將該臥室的長(zhǎng)、寬、高分別假設(shè)為4.0、3.0、2.8 m[6]，因此計(jì)算出墻面單位面積熱負(fù)荷為50.75 W/m2。

6 h蓄能時(shí)，毛細(xì)管供熱量=相變材料蓄熱量+墻面散熱量。

釋能時(shí)，相變材料儲(chǔ)熱量=墻面散熱量。

為保證釋能過(guò)程的能量足夠，6 h內(nèi)相變材料需要蓄能量約為3 288.6 kJ。計(jì)算可得蓄熱相變層厚度為20 mm。

對(duì)于夏季工況：平均冷負(fù)荷估算指標(biāo)取65 W/m2，計(jì)算可得蓄冷相變層含毛細(xì)管厚25 mm。

1.2 數(shù)學(xué)模型的建立及假設(shè)

主動(dòng)式相變蓄能墻體屬于三維非穩(wěn)態(tài)傳熱問(wèn)題，考慮到管外壁溫度沿管軸線方向變化緩慢，故而忽略該方向的傳熱。取傳熱管軸線方向的橫截面的某相鄰兩根管為傳熱單元，將其簡(jiǎn)化為二維傳熱模型進(jìn)行模擬研究，冬季工況的傳熱單元的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖2，夏季工況的相變材料厚度與冬季工況不同，為25 mm。其中，毛細(xì)管外徑4.3 mm，壁厚0.8 mm，管間距20 mm。為突出物理本質(zhì)，合理簡(jiǎn)化計(jì)算，作如下假設(shè)[7]：

圖2 相變蓄能墻體傳熱單元(單位：mm)

1) 忽略相變材料凝固熔化過(guò)程中的體積變化，假設(shè)相變材料液態(tài)與固態(tài)的物性參數(shù)相同。

2) 假設(shè)水管中心絕熱。

3) 各層材料緊密接觸，管壁和相變材料接觸良好，不考慮接觸熱阻。

4) 忽略相變材料液態(tài)時(shí)自然對(duì)流傳熱。

5) 為了分析室內(nèi)穩(wěn)態(tài)環(huán)境下對(duì)墻體的熱性能影響，假定室內(nèi)空氣溫度與其他內(nèi)表面溫度相同[8-11]。

2 控制方程及定解條件

2.1 控制方程

利用焓法模型[12-13]建立墻體各層二維非穩(wěn)態(tài)傳熱模型及邊界條件。

(1)

式中ρi為第i層材料的密度，kg/m3；hi為第i層材料的比焓，kJ/kg，對(duì)于常物性材料，hi=cp,iti，其中cp,i為第i層材料的比定壓熱容，kJ/(kg·K)，ti為第i層材料的溫度，℃；τ為時(shí)間，s；λi為第i層材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)。

相變材料的比焓hp與溫度tp的關(guān)系式如下：

(2)

式中cpps、cppl分別為相變材料固態(tài)、液態(tài)時(shí)的比定壓熱容，kJ/(kg·K)；tps、tpl分別為相變材料固態(tài)、液態(tài)的相變溫度，℃；Δhm為相變潛熱，kJ/kg；hps、hpl分別為相變材料固態(tài)、液態(tài)飽和比焓，kJ/kg。

2.2 定解條件

2.2.1時(shí)間條件

初始時(shí)刻τ=0時(shí)，墻內(nèi)溫度場(chǎng)均勻一致，即

t=t0(τ=0)

(3)

式中t0為初始時(shí)刻的墻體溫度，℃。

2.2.2邊界條件

1) 墻體保溫層絕熱邊界條件。

在建立傳熱單元數(shù)學(xué)模型時(shí)，忽略了墻體保溫層向外的傳熱量。

(4)

式中λin為墻體保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；tin為墻體保溫層的溫度，℃。

2) 上下絕熱邊界條件。

因?yàn)槊?xì)管的供回水管間隔布置，所以每個(gè)傳熱單元具有近似相同的作用范圍，可將兩管的幾何中心看作絕熱面。為方便計(jì)算，對(duì)每個(gè)計(jì)算單元，兩管之間相變材料的溫度場(chǎng)具有對(duì)稱性。該模型除毛細(xì)管外的上下邊界條件為絕熱邊界條件：

(5)

式中λw、λp分別為墻體和相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；tw為墻體溫度，℃。

3) 毛細(xì)管壁面邊界條件。

本文毛細(xì)管壁面換熱邊界條件按對(duì)流邊界條件處理[14]。根據(jù)傳熱物理模型，前8 h供熱水期間，管內(nèi)熱水與毛細(xì)管內(nèi)壁的換熱屬于層流對(duì)流換熱。

夜間蓄熱期間：

(6)

式中λc為毛細(xì)管管壁的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；r為毛細(xì)管外圈半徑，m；α為熱水與管壁的對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·K)；tc為管壁溫度，℃；tf為熱水溫度，℃。

日間放熱期間：

(7)

對(duì)于管內(nèi)層流對(duì)流換熱，特征溫度取供回水平均溫度，特征長(zhǎng)度為管內(nèi)徑，管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)按式(8)～(10)計(jì)算：

(8)

(9)

(10)

式(8)～(10)中Re為雷諾數(shù)；um為水流速度，m/s；d為管內(nèi)徑，m；νf為水的運(yùn)動(dòng)黏度，m2/s；Nuf為水的努塞爾數(shù)；Prf為水的普朗特?cái)?shù)；l為管長(zhǎng)，m；μf、μc分別為水溫tf和壁溫tc下水的黏度，Pa·s；λf為水的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)。

4) 墻面輻射對(duì)流換熱邊界條件。

相變蓄能輻射供暖墻體的表面為供熱面，以輻射和對(duì)流2種換熱方式進(jìn)行換熱。

(11)

式中qc為墻面與室內(nèi)空氣的對(duì)流換熱量，W/m2；qr為墻面與其他非加熱表面的輻射換熱量，W/m2。

qc=1.78(tw-tn)1.32

(12)

(13)

(14)

(15)

式(12)～(15)中tn為室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，℃；ε為墻面發(fā)射率；tm為室內(nèi)非加熱表面平均溫度，℃；tbj為室內(nèi)第j個(gè)非加熱表面的溫度，℃；Aj為室內(nèi)第j個(gè)非加熱表面的面積，m2；to為供暖室外計(jì)算溫度，℃；Kj為非加熱面的傳熱系數(shù)，W/(m2·K)[15]。

3 相變墻體傳熱特性模擬研究

根據(jù)圖2所示的傳熱單元建立傳熱模型，利用Gambit繪制毛細(xì)管相變傳熱墻體的幾何模型。本文采用均分四邊形網(wǎng)格，邊界設(shè)為Wall類型[16]。采用Fluent軟件進(jìn)行模擬計(jì)算。

冬季工況設(shè)計(jì)初始溫度為18 ℃，夏季為26 ℃，蓄能結(jié)束后的溫度場(chǎng)即為釋能的初始條件，計(jì)算時(shí)間為1 d。墻體各層材料的物性參數(shù)見表1。

表1 相變墻體各層材料的物性參數(shù)

相變材料在蓄能和釋能過(guò)程中，先發(fā)生顯熱變化，當(dāng)達(dá)到相變溫度時(shí)進(jìn)行潛熱變化。相變完成后，潛熱變化結(jié)束，顯熱變化開始。相變材料的相變溫度、導(dǎo)熱系數(shù)和相變潛熱及毛細(xì)管的供水溫度，都會(huì)對(duì)蓄能、釋能造成影響。

3.1 相變材料的物性參數(shù)對(duì)供暖/冷的影響

3.1.1相變溫度的影響

冬季工況室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為18 ℃，供/回水溫度為37 ℃/33 ℃，取平均供水溫度35 ℃，相變潛熱208 kJ/kg，導(dǎo)熱系數(shù)0.2 W/(m·K)，對(duì)相變溫度分別為25、26、27 ℃時(shí)的墻面熱流量和溫度進(jìn)行模擬計(jì)算。夏季工況室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為26 ℃，設(shè)計(jì)供/回水溫度為9 ℃/13 ℃，取平均供水溫度11 ℃，相變潛熱225 kJ/kg，導(dǎo)熱系數(shù)0.2 W/(m·K)，對(duì)相變溫度分別為17、18、19 ℃時(shí)的墻面熱流量和溫度進(jìn)行模擬計(jì)算。墻面熱流量和溫度的變化如圖3所示。為了簡(jiǎn)化圖像，將每種工況的墻面熱流量與溫度重合為一條曲線。

圖3 不同相變溫度下墻面熱流量和溫度的變化

冬季工況3種相變溫度下墻面平均熱流量分別為47.41、50.77、54.04 W/m2，墻面平均溫度分別為23.78、24.18、24.57 ℃；夏季工況3種相變溫度下墻面平均熱流量分別為54.48、51.39、47.52 W/m2，墻面平均溫度分別為19.43、19.82、20.29 ℃。

冬季工況下，當(dāng)相變溫度為25 ℃時(shí)，與供水溫度相差較大，相變材料熔化速度快，相變結(jié)束早，相變材料顯熱變化耗時(shí)長(zhǎng)，蓄熱停止后釋能開始；凝固相變過(guò)程需要等待顯熱變化結(jié)束后才能開始，這將導(dǎo)致相變材料存儲(chǔ)的潛熱難以完全釋放。當(dāng)相變溫度為27 ℃時(shí)，與供水溫度相差較小，熔化速度慢，相變材料在8 h內(nèi)熔化不完全，蓄熱不足，釋能時(shí)相變材料所儲(chǔ)存的能量不足，墻面熱流量下降快。當(dāng)相變溫度為26 ℃時(shí)最佳。

夏季工況與冬季工況類似，相變溫度越低，墻面溫度越低，熱流量越大；相變溫度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致凝固不完全，即蓄能不足。當(dāng)相變溫度為18 ℃時(shí)最佳。

3.1.2相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響

相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)影響相變材料的傳熱速度和相變速度[17]。在相變材料中添加少量的膨脹石墨可以提高相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)[18]，進(jìn)而提高相變材料的熔化、凝固速度，提高蓄能釋能的速度[19]。由于在石蠟中添加石墨對(duì)相變溫度和相變潛熱影響較小，所以模擬默認(rèn)2種相變材料的相變溫度和相變潛熱不變[20-21]，分別為26、18 ℃，208、225 kJ/kg。

冬季工況設(shè)計(jì)平均供水溫度為30 ℃，對(duì)相變材料導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.2、0.3、0.4、0.5 W/(m·K)時(shí)的墻面熱流量和溫度進(jìn)行模擬計(jì)算。夏季工況設(shè)計(jì)平均供水溫度為13 ℃，對(duì)相變材料導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.2、0.3、0.4、0.5 W/(m·K)時(shí)的墻面熱流量和溫度進(jìn)行模擬計(jì)算。墻面熱流量和溫度的變化如圖4所示。圖4a中墻面平均熱流量分別為46.27、50.86、53.32、54.97 W/m2，平均溫度分別為23.64、24.19、24.48、24.68 ℃；圖4b中墻面平均熱流量分別為47.99、52.37、54.99、57.72 W/m2，平均溫度分別為20.23、19.70、19.37、19.16 ℃。

圖4 定水溫下不同導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)墻面熱流量和溫度的影響

相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的增大縮短了相變時(shí)間，調(diào)整供水溫度或供水時(shí)長(zhǎng)，有助于提高能效。冬季工況下，將供水溫度調(diào)整為32、31、30、29 ℃，夏季工況下，將供水溫度調(diào)整為11、12、13、14 ℃，墻面熱流量和溫度的變化如圖5所示。

圖5 變水溫下不同導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)墻面熱流量和溫度的影響

冬季工況墻面平均熱流量分別為50.77、52.86、53.32、52.96 W/m2，墻面平均溫度分別為24.18、24.43、24.48、24.44 ℃；夏季工況墻面平均熱流量分別為51.39、54.12、54.99、55.04 W/m2，墻面平均溫度分別為19.82、19.48、19.37、19.37 ℃。從圖5可以看出，相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)越大，冬季供水溫度越低，夏季供水溫度越高，可提高熱泵的COP，從而有效地減少能耗。

3.1.3相變潛熱的影響

相變潛熱不僅對(duì)相變材料的使用量有影響，即影響相變墻體的厚度，還會(huì)影響相變材料的儲(chǔ)能速度，即潛熱變化的時(shí)長(zhǎng)。

冬季工況設(shè)計(jì)平均供水溫度為30 ℃，相變溫度為26 ℃，導(dǎo)熱系數(shù)為0.2 W/(m·K)，對(duì)相變潛熱分別為100、150、200、250、300 kJ/kg時(shí)的墻面熱流量和溫度進(jìn)行模擬計(jì)算。夏季工況設(shè)計(jì)平均供水溫度為11 ℃，相變溫度為18 ℃，導(dǎo)熱系數(shù)為0.2 W/(m·K)，對(duì)相變潛熱分別為100、150、200、250、300 kJ/kg時(shí)的墻面熱流量和溫度進(jìn)行模擬計(jì)算。墻面熱流量和溫度的變化如圖6所示。

圖6 不同相變潛熱下的墻面熱流量和溫度的變化

冬季工況墻面平均熱流量分別為43.65、50.21、51.03、50.68、50.10 W/m2，墻面平均溫度分別為23.31、24.11、24.21、24.17、24.10 ℃；夏季工況墻面平均熱流量分別為47.14、51.31、51.40、50.77、50.05 W/m2，墻面平均溫度分別為20.32、19.82、19.81、19.89、19.98 ℃。

從圖6可以看出：相變材料相變潛熱越大，相變材料蓄熱越多，潛熱變化的時(shí)長(zhǎng)越長(zhǎng)；相變潛熱小，相變過(guò)程短，墻面溫度波動(dòng)大。當(dāng)相變潛熱為200 kJ/kg時(shí)，與250、300 kJ/kg的相變釋能速率相差較小，故而在選取相變材料時(shí)，選擇相變潛熱為200 kJ/kg左右的即可。

3.2 供回水溫度對(duì)供暖/冷的影響

供回水溫度與相變溫度之差，對(duì)相變墻體的傳熱速度有一定的影響。溫差大，傳熱快，相同時(shí)間相變材料吸收的能量多。

冬季工況設(shè)計(jì)相變溫度為26 ℃，相變潛熱為208 kJ/kg，導(dǎo)熱系數(shù)為0.2 W/(m·K)，對(duì)平均供水溫度為30、31、32、33 ℃時(shí)的墻面熱流量和溫度進(jìn)行模擬計(jì)算。夏季工況設(shè)計(jì)相變溫度為18 ℃，相變潛熱為225 kJ/kg，導(dǎo)熱系數(shù)為0.2 W/(m·K)，對(duì)平均供水溫度為10、11、12、13 ℃時(shí)的墻面熱流量和溫度進(jìn)行模擬計(jì)算。墻面熱流量和溫度的變化如圖7所示。

圖7 不同供水溫度下的墻面熱流量和溫度的變化

冬季工況墻面平均熱流量分別為46.27、48.83、50.77、52.46 W/m2，墻面平均溫度分別為23.64、23.95、24.18、24.38 ℃；夏季工況墻面平均熱流量分別為53.04、51.39、49.84、47.99 W/m2，墻面平均溫度分別為19.61、19.82、20.01、20.23 ℃。

冬季工況蓄熱過(guò)程中，供水溫度越高，墻面熱流量和溫度越高，相變材料熔化速度越快。從圖7可以看出：供水溫度為33 ℃時(shí)熱流量波動(dòng)較大，供水溫度32 ℃比31、30 ℃熱流量大，且與供水溫度為33 ℃的釋能曲線重合，故而選用32 ℃為冬季工況的供水溫度；夏季工況下，供水溫度為10 ℃時(shí)熱流量波動(dòng)較大，11 ℃比12 ℃的熱流量略大，且比10 ℃穩(wěn)定，故選用11 ℃為夏季工況的供水溫度。

3.3 雙層相變材料布置方式對(duì)傳熱的影響

對(duì)于夏熱冬冷地區(qū)，單層相變材料無(wú)法滿足全年蓄能需求，采用雙層相變材料分別對(duì)應(yīng)冬夏兩季工況的室內(nèi)需求。

雙層布管成本高，且一年中管道閑置約8個(gè)月，若能舍去某一管道，將大大提高管道的利用率，同時(shí)降低墻體厚度。圖8顯示了雙層相變材料與毛細(xì)管的4種布置方式。

圖8 雙層相變材料與毛細(xì)管的4種布置方式(單位：mm)

冬季工況設(shè)計(jì)相變溫度為26 ℃，相變材料導(dǎo)熱系數(shù)為0.45 W/(m·K)，平均供水溫度分別為31、31、34、30 ℃，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為18 ℃；夏季工況設(shè)計(jì)相變溫度為18 ℃，相變材料導(dǎo)熱系數(shù)為0.45 W/(m·K)，平均供水溫度分別為8、13、13、13 ℃。分別對(duì)4種布置方式的墻面熱流量和溫度進(jìn)行模擬計(jì)算，結(jié)果如圖9所示。

圖9 雙層相變材料與毛細(xì)管4種布置方式的墻面熱流量和溫度的變化

冬季工況墻面平均熱流量分別為39.65、42.09、47.51、51.92 W/m2，墻面平均溫度分別為22.84、23.13、23.79、24.32 ℃；夏季工況墻面平均熱流量分別為51.28、54.55、42.94、42.48 W/m2，墻面平均溫度分別為19.83、19.43、20.84、20.17 ℃。

當(dāng)冬季相變材料層和毛細(xì)管皆靠近室內(nèi)側(cè)時(shí)(即方式4)，冬季工況有最優(yōu)值，但此布置方式對(duì)夏季工況最不利，同理，方式2對(duì)夏季工況最有利，對(duì)冬季工況最不利。從圖9可以看出，這2種布置方式的曲線波動(dòng)大，雖然冬季工況的方式2、夏季工況的方式4蓄能時(shí)的曲線高出其他工況，但在釋能時(shí)卻低于其他工況，這是由于毛細(xì)管被放置于靠近室內(nèi)側(cè)，而相應(yīng)季節(jié)工況的相變材料并不在室內(nèi)側(cè)，熱源的啟停導(dǎo)致墻面溫度和熱流量變化大。方式4在夏季工況下蓄能結(jié)束時(shí)接近17 ℃，對(duì)于室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為26 ℃、相對(duì)濕度為60%的情況，容易發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象。因此只能舍棄方式2、4。

余下的2種布置方式都是將毛細(xì)管布置于保溫層側(cè)，這樣有利于對(duì)墻面溫度的緩沖，減少室溫波動(dòng)。其中方式1將夏季相變材料層布置于靠近室內(nèi)側(cè)，方式3則相反，2種相變材料的質(zhì)量潛熱接近，相變溫度和材料層厚度則不同。方式1在冬季工況下，毛細(xì)管供熱不僅被冬季相變材料層吸收，也被夏季相變材料層吸收，且在夏季相變材料層從初始溫度吸熱完成相變后，才能發(fā)生顯熱變化，將毛細(xì)管供給的熱量傳遞到墻面上，冬季相變材料層此時(shí)才能不受干擾吸收更多的顯熱，溫度達(dá)到相變溫度，進(jìn)而開始相變?nèi)刍^(guò)程，故而方式1的冬季工況熱流量在前3 h低于10 W/m2。同理，方式3的夏季工況熱流量在前3 h也低于10 W/m2，但這種情況只出現(xiàn)在首次循環(huán)，當(dāng)進(jìn)入第2天循環(huán)時(shí)，采用前1天釋能結(jié)束時(shí)的溫度場(chǎng)為初始溫度場(chǎng)，此時(shí)相反季節(jié)的相變材料已經(jīng)于第1天蓄能時(shí)完成了相變，不會(huì)再次大量吸收毛細(xì)管供給的能量。方式3的室內(nèi)側(cè)是冬季相變材料層，其厚度小于夏季相變材料層，對(duì)熱源的傳輸阻礙較小，而且方式3毛細(xì)管比方式1距離墻面更近，對(duì)蓄能時(shí)將能量傳遞到墻面更有利。綜上所述，4種布置方式中，方式3為最佳選擇。

4 結(jié)論

1) 相變溫度與平均供水溫度的差值對(duì)相變墻體傳熱影響很大。溫差越大，傳熱速度越快，蓄能越多，對(duì)蓄能過(guò)程有利；反之，當(dāng)相變溫度與供水溫度溫差較小時(shí)，傳熱速度慢，蓄能少。

2) 相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)越大，相變材料蓄熱越快，墻面熱流量越大。相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)越大時(shí)，采用低質(zhì)熱媒供熱/供冷或縮短蓄能時(shí)長(zhǎng)，可以有效地節(jié)約能源。相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)釋能影響較小。

3) 相變材料的相變潛熱越大，蓄能和釋能速率越慢，墻面溫度越穩(wěn)定。

4) 對(duì)于單層毛細(xì)管雙層相變蓄能，比較了4種不同的布置方式，綜合冬夏2種工況考慮，將較厚的相變材料布置在保溫層側(cè)，較薄的相變材料布置在墻面?zhèn)?，毛?xì)管布置在較厚的相變材料層中，效果最佳。