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摘要
随着社会的发展,人类社会对能源的需求越来越大。能源的消耗,带来了一系列的环境问题。建筑在全生命周期过程中,其消耗的能源约占人类能源消耗的50%,而其中暖通空调系统消耗的能源可以占建筑物消耗能源总量的50%以上。暖通空调系统负荷包括潜热负荷和显热负荷,潜热负荷主要源于对室内环境相对湿度的控制,而同时相对湿度对人体舒适性、健康和工作效率也有很重要的影响。本论文则是在这一背景下,试图通过被动节能技术调控室内的温湿度,从而达到节能的目的。本论文主要包括3个部分,首先是对多孔材料的吸放湿现象进行理论分析;其次是制备能同时调热调湿的材料,并测试其性能;最后通过模拟软件对材料的节能效果进行模拟。本文首先分析了化学吸附与物理吸附的吸附过程,然后从毛细凝聚理论出发,分析了物理吸附过程中湿滞现象的成因,并对湿滞现象与孔结构的关系进行了分析,分别给出了单曲面孔结构和多曲面孔结构中湿滞现象的定性解释,并对均匀圆柱形孔内湿滞线的吸湿线与放湿线斜率进行了计算。在对湿滞现象分析的基础上,本文提出了定点调湿材料这一概念,并对理想定点调湿材料的特性进行了分析,利用AAO模板,对上述相关理论进行了验证。同时结合BET多分子层吸附理论,从理论出发,给出了湿滞环内循环的吸放湿路径描述公式。文章分析了材料的传湿系数和湿容在非常数情况下的湿缓冲情况,在考虑表面换湿系数的情况下,推导出包含换湿系数时的湿缓冲值,并给出具体的计算形式。接着,考虑外界相对湿度波动是近似简谐波动,并在此条件下,给出了材料在平衡之后的吸放湿量,并给出了相关的修正系数方程。测试了VCPCM(火山石粉与微胶囊复合材料)在不同相对湿度状况下的湿缓冲值,并利用软件模拟计算的方法,分析比较了石膏板、混凝土、加气混凝土以及云杉板4种材料在波动环境下吸放湿量的精确值以及通过湿缓冲值计算得到的值,其结果表明推导得到的修正系数可以很好地修正利用湿缓冲值计算得到的吸放湿量。接着通过正硅酸乙酯制备出二氧化硅,并利用共混法封装相变材料,然后将相变材料与硅藻土混合,制备出复合调热调湿材料。利用正硅酸乙酯,通过溶胶凝胶法,制备出微胶囊封装相变材料,并与硅藻土复合制备出复合调热调湿材料。利用一甲基三乙氧基硅烷,通过溶胶凝胶法,制备出微胶囊封装相变材料,并与火山石粉、沸石粉以及海泡石粉等几种矿物分别制备出不同的复合调热调湿材料。通过测试,其结果表明相变材料的热学性能得到提高、过冷度降低、复合材料的着火点提高。同时每种复合材料的吸湿性能都得到提高,传湿系数更大,湿缓冲值也比相应的矿物更大,且通过与石膏板的对比,复合材料的传湿性能远大于石膏板,其中VCPCM的湿缓冲值达到了"优秀"级别。最后利用EnergyPlus软件计算了南京与兰州两个在不同气候条件下城市中建筑的室内温度、相对湿度以及能耗情况。计算结果表明,在利用了调热调湿材料之后,室内环境的温度、相对湿度的波动幅度明显小于参照组,同时计算可得在5个月内的南京建筑的平均节能约为11.6%,兰州建筑的平均节能约为28.8%。
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