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建筑节能相变材料储能效果研究

摘要:建筑节能相变材料的储能效果应用计算机模拟可将复杂的数据转为可视化图形,对实际的储能效果研究起到指导作用。文章针对建筑节能相变材料的储能效果进行分析、计算机模拟建筑节能相变材料储能效果,利用可视化开发工具VisualC++与MATLAB混合编程实现计算机仿真模拟研究。

关键词:建筑相变材料;储能效果;计算机模拟;可视化

1.引言

随着计算机技术的迅猛发展及全球能源危机的日益加剧,怎样有效利用能源,使建筑能耗降低,增加室内热舒适度,是建筑节能领域迫切需要解决的新问题。建筑节能相变材料采用相变调温机理,通过储能介质的相态变化来实现对热能储存,实现环境温度变化而自动调节室内温度,是建筑节能领域具有良好发展前景的一种新型建材。利用计算机模拟建筑节能相变材料的储能效果,将抽象数据以具体可视化的图形显示,有利于人们针对建筑节能相变材料储能效果的实际应用进行分析与研究。

2.建筑应用相变材料

根据蓄热方式的不同,储能材料可分为三类:潜热储能、显热储能和化学反应储能。相变储能材料属于潜热储能方式,利用材料自身相变过程中吸热或放热来进行储能或释能的,其材料蓄能密度大、效率高,吸热或放热不影响环境温度变化,被广泛用于太阳能利用、废热回收、智能空调建筑物调温、控温、工程保温隔热材料等各个领域。随着科学技术的提高,相变储能材料与传统的建筑材料相结合,在生产、施工,尤其是节能等方面具有很大的优越性,因此相变储能材料的研究和应用是推动我国建筑节能深入发展的新途径之一。将建筑储能相变材料掺入到现有的建筑材料,使其具有良好的蓄热性能。采用相变材料作为建筑的围护结构,不但可以减少建筑物负荷和温度波动,改善室内环境舒适度,而且可以减弱建筑物室内和室外之间的热流波动幅度,延迟作用时间,降低建筑物供暖、空调系统的设计负荷,节约能源。

3.相变材料储能效果的计算机仿真

用计算机来模拟建筑节能相变材料蓄能效果帮助了人们在实际应用中评价应用节能建筑相变材料的效果。为实现将储能效果用计算机直观的进行模拟仿真的目的,就需要将抽象化的效果用可视化的图形表示出来,以便于对建筑节能相变材料的储能效果的分析研究。在可视化开发工具VisualC++程序下调用MATLAB实现混合编程的计算机模拟技术,将MATLAB在数值计算、算法设计以及数据可视化领域的优势与VisualC++应用系统集成,主要有三种实现方式:第一种是利用MATLAB引擎;第二种是利用MATLAB自带编译器MCC;第三种是MATCOM转化法。其中,最后一种采用MATCOM转化法的方式,不仅可以生成可读性好的代码,而且可以实现图形函数,另外还可以支持M文件编译过程中的文件嵌套情况,实现脱离MATLAB环境。

4.实验测试

在可视化开发工具VisualC++程序与MATLAB实现混合编程的计算机模拟技术,将抽象数据以具体的可视化图形表示,用不同颜色的线条表示室外气温、使用建筑节能相变材料的结构室内气温和未使用建筑节能相变材料的结构室内气温,采用MATCOM转化法实现。具体实验数据如下列表格所示:创建data.m文件,根据表1和表2中的实验数据定义时间t、室外气温w、未使用建筑节能相变材料室内气温m和使用建筑节能相变材料室内气温s。编写语句:plot(t,w,‘r’,t,m,‘b’,t,s,‘g’);在VC中利用MFCWizard创建一个基于对话框工程phase,其面板上添加ID为IDC_BUTTON1按钮。将data.cpp文件中内容拷贝到voidCphaseDlg::OnButton1()。在VC中将库文件和头文件加入到工程中。在voidCphaseDlg::OnButton1()中分别添加初始化类库调用函数“initM(MATCOM_VERSION)”和一个结束类库调用函数“exitM()”。最后运行程序,点击Draw按钮,即可显示图形。

5.结束语

伴随着建筑节能相变材料的普遍推广,计算机模拟实现建筑节能储能效果的可视化操作有着广泛的应用前景。建筑物中广泛应用PCM建筑节能相变储能材料可以大大减少用于加热或制冷的几乎一半电力能源消耗。采用DOE-2与AUTOCAD进行智能化集成,将计算机模拟绘图机制将输出数据以模拟测绘动态图形显示。这种建筑节能相变材料储能效果利用计算机模拟将看不见的效果用实际可视化的图形表示,便于分析研究。但在我国建筑节能计算机模拟领域还有很大提升空间,对建筑节能相变材料储能效果的计算机仿真无疑对建筑节能起到很大的推进作用。

参考文件

[1]管昌生,徐鹏.建筑相变材料计算机模拟应用研究展望[J].福建电脑.2007.3

[2].赵丰东.相变储能建筑材料的应用与展望[J].新型建材与施工技术.2005.4

[3]李志宏.计算机模拟在材料研究中的应用[J].重庆工学院学报(自然科学).2017.12

[4]崔嵬.相变蓄能材料在建筑节能中的应用[J].节能与环保.2007.5

作者:段淼 单位:吉林建筑大学电气与计算机学院

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