基于VC++可視化的建筑節能相變材料的儲能效果研究

2018-01-24 06:51:30

四川水泥 2018年1期

（吉林建筑大學電氣與計算機學院. 吉林長春 130118）

1.引言

隨著計算機技術的迅猛發展及全球能源危機的日益加劇，怎樣有效利用能源，使建筑能耗降低，增加室內熱舒適度，是建筑節能領域迫切需要解決的新問題。建筑節能相變材料采用相變調溫機理，通過儲能介質的相態變化來實現對熱能儲存，實現環境溫度變化而自動調節室內溫度，是建筑節能領域具有良好發展前景的一種新型建材。利用計算機模擬建筑節能相變材料的儲能效果，將抽象數據以具體可視化的圖形顯示，有利于人們針對建筑節能相變材料儲能效果的實際應用進行分析與研究。

2.建筑應用相變材料

根據蓄熱方式的不同，儲能材料可分為三類：潛熱儲能、顯熱儲能和化學反應儲能。相變儲能材料屬于潛熱儲能方式，利用材料自身相變過程中吸熱或放熱來進行儲能或釋能的，其材料蓄能密度大、效率高，吸熱或放熱不影響環境溫度變化，被廣泛用于太陽能利用、廢熱回收、智能空調建筑物調溫、控溫、工程保溫隔熱材料等各個領域。隨著科學技術的提高，相變儲能材料與傳統的建筑材料相結合，在生產、施工，尤其是節能等方面具有很大的優越性，因此相變儲能材料的研究和應用是推動我國建筑節能深入發展的新途徑之一。

將建筑儲能相變材料摻入到現有的建筑材料，使其具有良好的蓄熱性能。采用相變材料作為建筑的圍護結構，不但可以減少建筑物負荷和溫度波動，改善室內環境舒適度，而且可以減弱建筑物室內和室外之間的熱流波動幅度，延遲作用時間，降低建筑物供暖、空調系統的設計負荷，節約能源。

3.相變材料儲能效果的計算機仿真

用計算機來模擬建筑節能相變材料蓄能效果幫助了人們在實際應用中評價應用節能建筑相變材料的效果。為實現將儲能效果用計算機直觀的進行模擬仿真的目的，就需要將抽象化的效果用可視化的圖形表示出來，以便于對建筑節能相變材料的儲能效果的分析研究。

在可視化開發工具Visual C++程序下調用MATLAB實現混合編程的計算機模擬技術，將MATLAB在數值計算、算法設計以及數據可視化領域的優勢與Visual C++應用系統集成，主要有三種實現方式：第一種是利用 MATLAB引擎；第二種是利用MATLAB自帶編譯器MCC；第三種是MATCOM轉化法。其中，最后一種采用MATCOM轉化法的方式，不僅可以生成可讀性好的代碼，而且可以實現圖形函數，另外還可以支持M文件編譯過程中的文件嵌套情況，實現脫離MATLAB 環境。具體的MATCOM轉化法原理如下圖所示：

圖1：MATCOM轉化法原理示意圖

4.實驗測試

在可視化開發工具Visual C++程序與MATLAB實現混合編程的計算機模擬技術，將抽象數據以具體的可視化圖形表示，用不同顏色的線條表示室外氣溫、使用建筑節能相變材料的結構室內氣溫和未使用建筑節能相變材料的結構室內氣溫，采用MATCOM轉化法實現。具體實驗數據如下列表格所示：

表1：使用建筑節能相變材料的結構

表2：未使用建筑節能相變材料的結構

創建data.m文件，根據表1和表2中的實驗數據定義時間t、室外氣溫w、未使用建筑節能相變材料室內氣溫 m和使用建筑節能相變材料室內氣溫 s。編寫語句：plot（t，w，‘r’,t,m,‘b’，t，s，‘g’）；在 VC 中利用 MFC Wizard 創建一個基于對話框工程phase，其面板上添加ID為IDC_BUTTON1按鈕。將data.cpp文件中內容拷貝到void CphaseDlg：：OnButton1（）。在VC中將庫文件和頭文件加入到工程中。在void CphaseDlg：：OnButton1（）中分別添加初始化類庫調用函數“initM（MATCOM_VERSION）”和一個結束類庫調用函數“exitM（）”。最后運行程序，點擊Draw按鈕，即可顯示圖形。

5.結束語

伴隨著建筑節能相變材料的普遍推廣，計算機模擬實現建筑節能儲能效果的可視化操作有著廣泛的應用前景。建筑物中廣泛應用PCM建筑節能相變儲能材料可以大大減少用于加熱或制冷的幾乎一半電力能源消耗。采用 DOE-2與AUTOCAD進行智能化集成，將計算機模擬繪圖機制將輸出數據以模擬測繪動態圖形顯示。這種建筑節能相變材料儲能效果利用計算機模擬將看不見的效果用實際可視化的圖形表示，便于分析研究。但在我國建筑節能計算機模擬領域還有很大提升空間，對建筑節能相變材料儲能效果的計算機仿真無疑對建筑節能起到很大的推進作用。

參考文件

[1]管昌生,徐鵬.建筑相變材料計算機模擬應用研究展望[J].福建電腦.2007.3

[2].趙豐東.相變儲能建筑材料的應用與展望[J].新型建材與施工技術.2005.4

[3]李志宏.計算機模擬在材料研究中的應用[J].重慶工學院學報（自然科學）.2017.12