不同地區建筑中相變材料與隔熱材料的應用效果對比

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，采暖和空調能耗就占20%。為了貫徹落實節能降耗目標，最大限度在節約能源的同時減少有害物質排放對環境的影響，我國開始推行節能建筑，這對于實現社會的可持續發展具有重要意義。當前，建筑領域開始高度關注相變蓄能在采暖空調中的應用，下面就對不同地區建筑中相變材料與隔熱材料的應用效果進行對比分析。

關鍵詞：相變材料；隔熱材料；建筑節能；應用效果

隨著社會經濟的發展和城市化進程的加快，建筑行業發展尤為迅速，而高耗能建筑數量也逐年增加，人們越來越關注能源、資源和環境這三大問題。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，采暖和空調能耗就占20%，因此建筑節能具有非常大的發展潛力。通常，建筑采暖能耗與建筑圍護結構、地區氣象條件有著密切聯系，所以要改善建筑熱性能，可對建筑圍護結構進行改進。相變材料是一種具有很高蓄熱密度的材料，將其應用于圍護結構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用主要是針對具體系統、指定工況和氣象條件，因此，我們有必要探討相變材料的節能效果能否在不同地區、不同氣候條件下得以最佳發揮，而如何將其合理運用于不同地區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則需要做出進一步研究。

1.不同地區建筑中相變材料與隔熱材料的應用效果對比

基于標準房間熱過程模擬的非穩態傳熱模型，并采用專用氣象數據對相變材料的兩種不同應用方式在北京、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用后全年室溫和采暖空調能耗的效果進行模擬計算，在此基礎上對比分析相變材料與隔熱材料在這三個城市建筑標準房間中的應用效果。

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自然資源，將相變材料應用于被動式建筑中，在夏天材料可吸收室內多余熱溫，進而降低室內溫度波動幅度，可蓄存夜間冷風量，使室內始終保持較好的舒適度。通過對北京地區建筑有外保溫和無外保溫、內墻為相變墻體和普通墻體的夏季室內溫度變化情況進行分析發現，當內墻采用相變墻體且墻體熔點合適時，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，在某種情況下甚至會出現室外溫度較低但室內溫度卻較高的情況。通過對冬季有外保溫和無外保溫、內墻為相變墻體和普通墻體的室內溫度逐時變化情況進行分析發現，當被動式建筑采用的內墻為相變墻體時對室內溫度的影響較小，只有在室溫接近墻體熔點時才會發生相變，相變材料作用無法得到有效發揮，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溫度的影響時，無法選擇較為合適熔點的相變墻體同時滿足北京地區建筑對冬夏兩季舒適度的要求，雖然外保溫在夏季無法發揮作用，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用則可通過空調、采暖運行過程中的耗電量來對兩者應用效果進行比較分析。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，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，同時也可大大節約采暖費，而采用隔熱材料時不僅耗電量低，采暖費的節約率也更高。在夏季，主動式建筑北墻采用相變墻體時，其單位面積空調冷耗量最小，相較于普通房間要低約16%，而在墻體內設置保溫層或是添加相變材料空調降耗效果并不明顯。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，也就是說該地區的節能設計中僅需要考慮夏季空調冷耗量，在確保室內舒適度的情況下盡量將空調冷耗量降到最低。可將該區全年建筑能耗分為兩個階段，即過渡期和空調期，文章主要綜合考慮兩個階段，將模擬計算日期選為4月1號—10月31號，通過計算發現，當被動式建筑內墻采用熔點為26℃的相變墻體時，相較于普通房其全年舒適度更長，室內溫度在空調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耗電量的分析計算得出，該地區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耗能。廣州地區夏季的太陽輻射較大，遮陽和通風是最為有效的建筑節能措施。

1.3哈爾濱

哈爾濱位于我國東北地區，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遠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用較高，投資回收期也就相對較長，因此對于哈爾濱地區的建筑節能降耗措施可采用外保溫來降低采暖能耗。

2.應用效果對比分析結論

通過上述分析，對于寒冷地區以及冬冷夏熱地區，在被動式建筑中應用相變材料能夠滿足夏季室內溫度舒適度，但是無法滿足冬季保溫需求，應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用效果綜合考慮起來，應采用外保溫來提高建筑室內的冬季舒適性；在主動式建筑中綜合考慮相變材料和隔熱材料的經濟性和節能性，更適合選擇外保溫實現建筑節能降耗。對于夏熱冬暖地區，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。對于嚴寒地區只需要考慮冬季保暖需求，適宜于采用隔熱材料。

3.結語

綜上所述，不同地區建筑中相變材料與隔熱材料的應用方式和應用效果是不同的。相變材料和隔熱材料都各具優勢，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，我們應當根據不同地區的氣候條件、建筑形式、采暖需求和空調需求等來確定建筑應用何種材料，通過對材料的合理應用提高建筑室內舒適度，實現節能降耗目標。相信隨著建筑技術的進一步發展以及材料經濟性的提高，相變材料和隔熱材料將會在不同地區、不同形式的建筑中得到更廣泛應用，并為節能降耗目標的實現和促進社會的可持續發展做出巨大貢獻。

參考文獻

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