不同地區(qū)建筑中相變材料與隔熱材料的應(yīng)用效果對比

摘要：在我國能源消耗中，建筑能耗幾乎占總能耗的30%，這部分能耗中，采暖和空調(diào)能耗就占20%。為了貫徹落實(shí)節(jié)能降耗目標(biāo)，最大限度在節(jié)約能源的同時減少有害物質(zhì)排放對環(huán)境的影響，我國開始推行節(jié)能建筑，這對于實(shí)現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。當(dāng)前，建筑領(lǐng)域開始高度關(guān)注相變蓄能在采暖空調(diào)中的應(yīng)用，下面就對不同地區(qū)建筑中相變材料與隔熱材料的應(yīng)用效果進(jìn)行對比分析。

關(guān)鍵詞：相變材料；隔熱材料；建筑節(jié)能；應(yīng)用效果

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，建筑行業(yè)發(fā)展尤為迅速，而高耗能建筑數(shù)量也逐年增加，人們越來越關(guān)注能源、資源和環(huán)境這三大問題。在我國社會總能耗中，建筑能耗幾乎占到了30%，而在這30%的能耗中，采暖和空調(diào)能耗就占20%，因此建筑節(jié)能具有非常大的發(fā)展?jié)摿ΑＭǔ＃ㄖ膳芎呐c建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、地區(qū)氣象條件有著密切聯(lián)系，所以要改善建筑熱性能，可對建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。相變材料是一種具有很高蓄熱密度的材料，將其應(yīng)用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)中能夠有效改善房間熱容，提高房間熱舒適性。相變材料在建筑中的應(yīng)用主要是針對具體系統(tǒng)、指定工況和氣象條件，因此，我們有必要探討相變材料的節(jié)能效果能否在不同地區(qū)、不同氣候條件下得以最佳發(fā)揮，而如何將其合理運(yùn)用于不同地區(qū)建筑中也值得我們深入分析。另外，在我國北方，外保溫是降低建筑采暖能耗的重要手段，但其能否適用于南方地區(qū)則需要做出進(jìn)一步研究。

1.不同地區(qū)建筑中相變材料與隔熱材料的應(yīng)用效果對比

基于標(biāo)準(zhǔn)房間熱過程模擬的非穩(wěn)態(tài)傳熱模型，并采用專用氣象數(shù)據(jù)對相變材料的兩種不同應(yīng)用方式在北京、廣州以及哈爾濱這3個典型城市被動式和主動式建筑中應(yīng)用后全年室溫和采暖空調(diào)能耗的效果進(jìn)行模擬計(jì)算，在此基礎(chǔ)上對比分析相變材料與隔熱材料在這三個城市建筑標(biāo)準(zhǔn)房間中的應(yīng)用效果。

1.1北京

對于被動式建筑，可充分利用白天太陽能和夜間冷風(fēng)自然資源，將相變材料應(yīng)用于被動式建筑中，在夏天材料可吸收室內(nèi)多余熱溫，進(jìn)而降低室內(nèi)溫度波動幅度，可蓄存夜間冷風(fēng)量，使室內(nèi)始終保持較好的舒適度。通過對北京地區(qū)建筑有外保溫和無外保溫、內(nèi)墻為相變墻體和普通墻體的夏季室內(nèi)溫度變化情況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)內(nèi)墻采用相變墻體且墻體熔點(diǎn)合適時，被動式建筑房間的溫度在整個夏季都會滿足舒適度要求，而應(yīng)用隔熱材料則不利于夜間散熱，其降低室溫的效果不明顯，在某種情況下甚至?xí)霈F(xiàn)室外溫度較低但室內(nèi)溫度卻較高的情況。通過對冬季有外保溫和無外保溫、內(nèi)墻為相變墻體和普通墻體的室內(nèi)溫度逐時變化情況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)被動式建筑采用的內(nèi)墻為相變墻體時對室內(nèi)溫度的影響較小，只有在室溫接近墻體熔點(diǎn)時才會發(fā)生相變，相變材料作用無法得到有效發(fā)揮，而隔熱材料卻具有良好的保溫效果。綜合考慮冬季、夏季外保溫和相變墻體對被動式建筑室內(nèi)溫度的影響時，無法選擇較為合適熔點(diǎn)的相變墻體同時滿足北京地區(qū)建筑對冬夏兩季舒適度的要求，雖然外保溫在夏季無法發(fā)揮作用，但是在冬季具有良好的保溫效果，所以采用隔熱材料來提高被動式建筑舒適度更為合理。

對于相變材料與隔熱材料在主動式建筑中的應(yīng)用則可通過空調(diào)、采暖運(yùn)行過程中的耗電量來對兩者應(yīng)用效果進(jìn)行比較分析。主動式建筑在冬季采暖期間，采用相變蓄能式電加熱地板采暖系統(tǒng)，白天耗電量較低，只是普通房間的20%左右，這有利于緩解白天供電緊張的情況，同時也可大大節(jié)約采暖費(fèi)，而采用隔熱材料時不僅耗電量低，采暖費(fèi)的節(jié)約率也更高。在夏季，主動式建筑北墻采用相變墻體時，其單位面積空調(diào)冷耗量最小，相較于普通房間要低約16%，而在墻體內(nèi)設(shè)置保溫層或是添加相變材料空調(diào)降耗效果并不明顯。雖然夏季使用相變墻體能夠降低冷耗量，但是針對北京地區(qū)氣象條件，其冬季采暖比重更高，由此可以推斷，若綜合考慮全年空調(diào)采暖耗量，選擇外保溫比較合適。

1.2廣州

廣州是我國的南大門，夏熱冬暖，也就是說該地區(qū)的節(jié)能設(shè)計(jì)中僅需要考慮夏季空調(diào)冷耗量，在確保室內(nèi)舒適度的情況下盡量將空調(diào)冷耗量降到最低。可將該區(qū)全年建筑能耗分為兩個階段，即過渡期和空調(diào)期，文章主要綜合考慮兩個階段，將模擬計(jì)算日期選為4月1號—10月31號，通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)被動式建筑內(nèi)墻采用熔點(diǎn)為26℃的相變墻體時，相較于普通房其全年舒適度更長，室內(nèi)溫度在空調(diào)期和過渡期的平均溫度降低約0.9℃，而不采用相變墻體兩個階段的室內(nèi)溫度也能保持在舒適度范圍，可見被動式建筑不需要采用相變墻體。而通過對主動式建筑采用相變材料與隔熱材料時空調(diào)耗電量的分析計(jì)算得出，該地區(qū)的主動式建筑也不適合采用相變材料和隔熱材料來降低空調(diào)耗能。廣州地區(qū)夏季的太陽輻射較大，遮陽和通風(fēng)是最為有效的建筑節(jié)能措施。

1.3哈爾濱

哈爾濱位于我國東北地區(qū)，東長夏短，全年有25%的時間室外溫度低于-10℃，其夏季月平均溫度在21℃左右，能夠滿足夏季舒適度要求，所以該地區(qū)只需要考慮冬季采暖需求。通過分析可知，采用外保溫時其效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在地板層中添加相變材料，采暖耗電量較小，且投資回收期也較短，而相變材料的安裝和加工費(fèi)用較高，投資回收期也就相對較長，因此對于哈爾濱地區(qū)的建筑節(jié)能降耗措施可采用外保溫來降低采暖能耗。

2.應(yīng)用效果對比分析結(jié)論

通過上述分析，對于寒冷地區(qū)以及冬冷夏熱地區(qū)，在被動式建筑中應(yīng)用相變材料能夠滿足夏季室內(nèi)溫度舒適度，但是無法滿足冬季保溫需求，應(yīng)用隔熱材料則能滿足冬季保溫要求，無法滿足夏季舒適度需求，如果將兩種材料的應(yīng)用效果綜合考慮起來，應(yīng)采用外保溫來提高建筑室內(nèi)的冬季舒適性；在主動式建筑中綜合考慮相變材料和隔熱材料的經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性，更適合選擇外保溫實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能降耗。對于夏熱冬暖地區(qū)，在主動式和被動式建筑中都不適宜采用相變材料與隔熱材料。對于嚴(yán)寒地區(qū)只需要考慮冬季保暖需求，適宜于采用隔熱材料。

3.結(jié)語

綜上所述，不同地區(qū)建筑中相變材料與隔熱材料的應(yīng)用方式和應(yīng)用效果是不同的。相變材料和隔熱材料都各具優(yōu)勢，比如相變材料具有很高的蓄熱密度，隔熱材料具有良好的保溫效果，我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同地區(qū)的氣候條件、建筑形式、采暖需求和空調(diào)需求等來確定建筑應(yīng)用何種材料，通過對材料的合理應(yīng)用提高建筑室內(nèi)舒適度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。相信隨著建筑技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展以及材料經(jīng)濟(jì)性的提高，相變材料和隔熱材料將會在不同地區(qū)、不同形式的建筑中得到更廣泛應(yīng)用，并為節(jié)能降耗目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和促進(jìn)社會的可持續(xù)發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)。

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