相變蓄能多層多熱橋墻體雙向四維全周期熱濕耦合傳遞機理研究

相變材料 (PCM - Phase Change Material) 是指隨溫度變化而改變物質狀態并能提供潛熱的物質。相變材料與建筑圍護結構的結合，可形成具有高比熱容的相變蓄能多層墻體，這種墻體相變蓄能的特性可以極大地提高建筑的熱惰性，并通過雙向傳遞降低室內溫度峰值，提高人體舒適性，推遲峰值溫度出現的時間，從而實現節能的目的。與傳統圍護結構相比，由于其具有很大的比熱容，還可以大幅減少建筑材料、水電的消耗，并減少80%以上的建筑垃圾，同時可以提高建筑綜合質量和性能、減少建筑后期維修維護費用、延長建筑使用壽命等。當前，我國建筑業的粗放發展方式迄今未完全轉變，帶來的資源能源過度消耗和浪費仍然突出。所以，發展相變蓄能墻體是建筑節能的重要方向，也是促進節能減排降耗的重要途徑，從而有助于實現建筑節能和可持續發展。

在目前相變材料的封裝技術條件下，相變材料的加入可能會引起建筑圍護結構強度的減弱，所以必須采取一定的措施增強墻體的強度。事實表明，在墻體結構內設置連接件可以在一定程度上提高墻體的強度，但同時勢必會引起多熱橋問題，導致墻體雙向熱流量、濕傳遞出現復雜變化。因此，本項目以相變蓄能多層多熱橋墻體為對象，研究其雙向（動態）、四維（空間與時間）、全周期內的熱濕耦合傳遞機理問題，對于把握墻體與建筑熱濕耦合傳遞規律，充分發揮墻體蓄能能力，降低建筑圍護結構的整體能耗、保障建筑可持續發展具有重要的理論意義與應用價值，同時，研究成果也將可以用于指導和規范節能型建筑圍護結構的開發，在我國大力發展裝配式建筑的背景下，必將產生非常可觀的經濟效益和社會效益。

本團隊以相變蓄能多層多熱橋墻體為研究對象，研究其熱濕耦合傳遞機理。主要的研究內容包括以下幾點：

(1) 研究不同環境（氣候）下相變蓄能墻體的合理構造形式和熱工特性

根據我國南北氣候差別大的特點，基于傳熱學理論分析相變蓄能多層多熱橋墻體中各層材料（內外墻、保溫層以及相變層材料等）的熱導率、孔隙率、滲透系數等物性參數與多層墻體的總熱流密度的函數關系，并分析多種環境條件下墻體各層的厚度、位置、材質等因素對墻體綜合熱流密度、總體熱損失的影響，確定對應的相變蓄能墻體合理結構形式，得出不同環境條件下墻體各層的合適材質、厚度、位置、布局等參數，并進行經濟性分析。在此基礎上，研究不同構造形式的蓄能墻體在不同室內外溫濕度條件下的熱流密度分布、含濕量變化，以及綜合傳熱、傳濕系數的變化規律，研究墻體熱工特性受室內外環境影響的規律。

(2) 研究全周期不同環境（氣候）下相變蓄能墻體的雙向熱濕傳遞過程

在多層不同墻體材料構造的情況下，分冬夏季節研究隨室外溫度周期性變化墻體雙向傳熱的規律：結合“焓-多孔介質”相變傳熱理論，分析室內外溫差與墻體熱流密度的大小、方向轉換規律的關系，并分析墻體自身含水的相變與相變材料相變的綜合作用對相變蓄能多層多熱橋墻體的雙向熱傳遞的影響規律。結合（1）的研究結果，研究如何或盡量減少夏季的室外向室內的傳熱，冬天如何盡量能獲得更多室外的熱量的不同墻體構造形式。在此基礎上研究不同相變蓄能方式、不同地域，以及蓄能性能變化與墻體雙向傳熱形態的關系。

(3) 研究全周期不同環境（氣候）下熱濕橋對墻體蓄能和傳熱的影響

在研究雙向熱濕傳遞的基礎上，提出“熱濕橋”的假設。研究相變蓄能多層多熱橋墻體熱流密度、含濕量的變化規律，分析熱濕橋的形成原因及規律。在此基礎上，研究熱、濕橋之間的相互作用與影響：分析墻體濕遷移對熱橋的響應規律，確定墻體濕分布的特征；與此同時分析濕橋的產生對墻體熱傳遞過程的影響。

在以上研究的基礎上，采用實驗和數值方法分析相變蓄能多層多熱橋墻體在不同環境條件下的熱流量的大小和方向隨時間變化的規律；研究熱濕橋效應對相變蓄能多層多熱橋墻體吸熱、放熱的影響，確定熱濕橋對蓄能墻體性能的影響規律。

最后，結合環境溫濕度的時變特征，模擬不同季節溫濕度的日變化特征，同時考慮連接墻體各層的連接件—熱橋的數量、位置、排列方式等對墻體熱流密度的大小、方向、時變特征的影響，以及含濕量的遷移方向與時變特征，用實驗和數值模擬的方法分析相變蓄能多層多熱橋墻體的四維熱濕耦合傳遞的規律。

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