新型三层玻璃单元与PCM墙体结合的性能研究

新型三层玻璃单元与PCM墙体结合的性能研究

1、摘要2、引言3、材料和方法

3.1实验室

3.2测量

3.3计算4、结果与讨论5、结论APCMwallincludesphasechangematerial(PCM)asaheatstoragemedium.Inthecurrentproject,thesouthfaçadeofatestroomwasconstructedusingPCMwallsthatweremadeof(frominsidetooutside)insulation,brick,plaster(includingPCMs),anairgapandanoveltripleglazingunit(TGU).AlthoughtheannualbehaviourofthePCMwallswereinvestigatedintheproject,thecurrentpapercoversanevaluationoftheperformanceofPCMwallsinthesummeronly.ThesolartransmittanceoftheTGUdecreasedapproximately100%duringsummercomparedtowinter.TherewerenooverheatingproblemsobservedforthePCMwallduringthesummer.1、abstract1、摘要

一个PCM墙体包括相变材料（PCM）作为为储热介质。在当前的项目中，测试房间的南立面是PCM墙体，它从内到外是由保温砖、石膏（包括相变材料）、空气间隙和新型的三层玻璃单元（TGU））构成。虽然对项目中的PCM墙体的性能进行了全年的调查，但是本文只包含了对PCM墙体在夏季性能的评价。相比于冬季，夏季时TGC的太阳光透射率下降了大约100%。目前还没有监测到PCM墙体在夏季时有过热问题。实验室的结构图2、IntroductionSolarenergycanbedirectlystoredinabuildingstructurebyincorporatingphasechangematerials(PCMs)intostandardbuildingmaterials,suchasconcrete,gypsumboard,andplaster.Latentheatstorage(LHS)inPCMshasbeenstudiedforpotentialheatingandcoolingapplicationsforbuildingssince1980.LHSinPCMsisanattractivemethodforthermalenergystoragebecausePCMshaveahigh-energystoragedensityoverarelativelysmalltemperaturerange.2、引言

通过将相变材料结合到标准建材如混凝土，石膏板，抹灰中，可以将太阳能直接储存在建筑结构中。自1980年以来，关于相变材料的潜热储存（LHS）方面在建筑物中的潜在加热和冷却应用的研究一直在持续着。相变材料的潜热储存是一种吸引人的热量储存方法，因为相变材料在相对小的温度范围内有高能量的储存密度。RecentcomprehensiveliteraturereviewscoveringalloftheaspectsofLHSinbuildingstructurecanbefoundin[1e4].Thefollowingconclusionshavebeenreachedfromstudiesinthecurrentliterature.PCMhasusuallybeenplacedinaplasticcontainer.TheouterfaceofaPCMwallhasgenerallybeencoveredwithanordinarysingleordoubleglazingunitthatleadstoanoverheatingprobleminsummer.PCMwallbehaviourhasnotbeenannuallyobservedinoutdoorconditions.TheeffectofthemeltingtemperatureofPCMonthermalperformanceofthePCMwallhasnotbeenstudied.在[1—4]中能找到最近的涵盖了潜热储存在建筑结构应用中的所有方面的文献综述。从目前的文献研究中可以得到以下的结论。相变材料通常被放在一个塑料容器内。相变材料墙体的外表面通常会覆盖一层普通单层或双层玻璃单元，这就使得墙体在夏季会产生过热问题。我们没有对相变材料墙体在室外条件下的性能进行逐年观察，也没有对相变材料的融化温度对相变材料墙体的热性能的影响进行研究。Inthisstudy,granulateencapsulatedparaffinwasusedasthePCM,andtheencapsulatedPCMwasincorporatedintotheplasterofthewall.Anoveltripleglazingunit(TGU)wasplacedinfrontofthewalltopreventoverheatinginthesummer.Thetestswerecompletedcontinuouslyunderoutdoorconditionsforoneyear.Theenergyevaluationofthisinvestigationfortheheatingseasonhasbeenpreviouslypresented[5].ThecurrentpaperdiscussesanevaluationofthebehaviourofthePCMwallduringthesummeronly.本研究中，封装颗粒石蜡被用作相变材料，并且将封装的相变材料结合到墙体的石膏中。一种新型的三层玻璃单元被放在墙体的前面被用来阻止夏季的过热问题。该测试在室外条件下连续进行了一年才完成，本次调查的采暖季节能量评估先前已提出[5]。本文仅对相变材料墙体在夏季的性能进行评价。3、Materialsandmethod3.1ThetestroomThelayoutofthetestroomisshowninFig.1.ThereweretwoPCMwallsateithersideofthesouthfaçade,withawindowlocatedbetweenthetwowalls.Thecrosssectionsofthewallsconsistedof(fromtheoutsidetotheinside)anovelTGU,anairgap,PCMplasterboards,brick,andinsulation.TheGR41andGR35plasterboardsshowninFig.1includedRubithermGR41andRubithermGR35asthePCM.3、材料和方法3.1实验室实验室的布局如图1所示。在南立面的两侧是两面相变材料墙体，在两个相变材料墙体之间是一个窗户，墙体的横截面是由（由外面到里面）一种新型的三层玻璃单元、空气间隙、相变材料石膏板、砖块和保温材料。图1所示的GR41和GR35石膏板里面包含了GR41和GR35作为相变材料。ThenovelTGUwasplacedonthefrontfaceofthesouthfaçadeofthetestroom.TheTGUconsistedof(fromoutsidetoinside)ordinaryglass(4mm),anairgap(9mm),Prismasolarglass(6mm),anairgap(9mm),andloweglass(4mm)(seeFig.2).AlthoughtheTGUappearstobesimilartothestandardtripleglazingunit,ithasanentirelydifferentfunction.ThemiddlelayerofglassintheTGUiscalledPrismasolarglassbythemanufacturer,Lamberts.Prismasolarglasstransmitssolarraysthathavealowerangleofincidenceandreflectssolarraysthathaveahigherangleofincidence.Theincidentangleofsolarraysislowerinthewinterandhigherinthesummer.Asaresult,themajorityofsunlightontheTGUistransmittedinwinterandreflectedinsummerbyPrismasolarglass(Fig.2).Consequently,theheatstorageinthePCMplasterisminimalinthesummerandmaximalinthewinter.TheTGUwasmanufacturedbyRegal.新型的三层玻璃单元被放在实验室的南立面的前表面，TGU由（从外到里）普通玻璃（直径4mm），气隙（9毫米），Prismasolar玻璃（6毫米），气隙（9毫米），和洛伊玻璃（直径4mm）（见图2）组成。虽然TGU看起来和标准的三层玻璃单元很相似，但是他们的性能是完全不一样的。TGU的中层玻璃被生产商兰伯特称为Prismasolar玻璃。Prismasolar玻璃有低的入射角度来发射太阳光和高的入射角度来反射太阳光。太阳的入射角度在冬季时很低在夏季时很高。结果，TGU上的大部分太阳光线通过Prismasolar玻璃在冬季被发射和在夏季被反射。因此，在相变材料石膏中的热量储存在夏季时最少、在冬季时最多。TGU是由Regal制造的。

4.ResultsanddiscussionFig.3demonstratesthemonthlyvariationofthedailymeansolartransmittance(ST)oftheTGUforspecificsunnydays.ThevaluesoftheSTprovidedarethemeanvaluestakenbetween11a.m.and1p.m.onthesunnydays.Fig.3showsthattheSTvariedintherangeof0.45e0.55duringthewinteranddecreasedtoanintervalof0.2e0.25duringthesummer.TheSToftheTGUdecreasedbynearlyonehundredpercentduringsummercomparedtowinter.Thischangewasrelatedtothedesigngoaloftheproject.AnSTthatishigherinwinterandlowerinsummerwasagoalatthedesignstagetoavoidoverheatinginthesummer.Ingeneral,theTGUsufficientlyfulfilleditsdesigngoal.4、结果和讨论

图3表明了在阳光明媚的日子TGU的日平均太阳光透射率的月变化规律。太阳光透射率的值是取的太阳好的日子的上午11点到下午1点之间的平均值。图3表明太阳光透射率在冬季时在0.45—0.55间变化，而在夏季降低到了0.2—0.25之间。相比于冬季，TGU的太阳光透射率在夏季下降了近100%,这种变化是该研究的设计目标，ST在冬季高而在夏季低是在设计阶段的一个目标，这样可以避免夏季的过热问题。总体来说，TGU充分达到了设计目标。AccordingtoFig.3,despitetheSTwasdecreasedbyonehundredpercentinthesummer,20e25%oftheincidentenergytransmittedthroughtheTGU.Fig.4showsthethermaleffectofthetransmittingsolarenergyonthePCMplasteronAugust6,2009,whichwasthehottestdayofthe2009summerinErzurum.ThemaximumtemperatureoftheGR41PCMplasterwasapproximately43C,whiletheoutdoorairtemperatureatnoonwasapproximately30C.However,thetemperatureoftheGR41PCMplasterreached50CwhentheoutdoorairtemperaturewasbelowzeroonJanuary19,2009.ItcanbeconcludedthattheTGUpreventedoverheatingofthePCMwallduringthesummer.Fig.4alsoshowsthatthetemperatureoftheGR41PCMplasterdecreasedtoapointbelow27Cduringthenight.ConsideringthatthemeltingtemperaturerangeofGR41is27e48C,thePCMintheplastercongealedduringthenightonthehottestdayofsummerin2009.

由图3可知，虽然ST在夏季时下降了100%，仍有20%—25%的入射能量通过TGU发射出去了，图4表明了2009年8月9日的太阳能发射的热影响规律，那是在rzurum2009年夏天最热的一天。GR41相变石膏的最高温度接近43℃，而中午时室外空