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作者：Hobojunkai 发布时间：16/12/13 浏览次数： 次 本页关键词： 类别： 所属类别： 解决方案 技术文章

 温度数据记录仪保持建筑温度在检查


市场：室内
概要：
建筑公司ZGF Architects利用温度数据记录器来证明生物基相变材料在华盛顿大学大型建筑物中缓和温度变化的有效性。


概述
       无论是土地或土坯块，石头，砖或混凝土的形式，大规模的建筑已经无处不在的历史。这些材料已被用于美国西南部，埃及金字塔和中世纪城堡和大教堂的本地住宅，甚至在最暖的日子里保持室内温度凉爽。

      虽然可以理解，质量可以帮助改善舒适性，但是这些材料的使用主要是因为它们容易得到并且被设计者和建筑者理解。随着时间的推移，建筑物因建筑材料，施工技术和工作场所文化的变化而发生巨大变化。钢，波特兰水泥，浮法玻璃，电梯和空调的出现导致了高玻璃填充的建筑物，尽管环境和切断所有，但与外部世界的视觉连接。

挑战
      随着我们越来越以知识为基础的经济发展，工作场所内的技术进步，居住密度的增加。建筑和工作场所模式转换的结合导致使用大量能源的建筑物，共占美国年度能源需求的41％和美国电力需求的75％。此外，能源消耗与温室气体生产密切相关，能源消耗的减少直接减少了释放到环境中的温室气体。

      对低能耗建筑的关注已经到来并且遍及近年来的历史，每次更新为工具箱增加了更多的工具。 20世纪70年代初的欧佩克危机产生了一个短暂的可持续运动，其中大规模建设短暂回到有利地位，但随着化石燃料变得容易被放弃。

      大约在这段时间，包装的相变材料溶液被引入到建筑行业，但是由于有限数量的热 - 冷却循环以及具有倾向于泄漏的差的包装而不可靠。在过去十五年间，由于对国家安全，能源独立性和气候变化的关注，高性能建筑已经回到了最前沿。

      20世纪70年代和现在的可持续运动之间的显着差异是使用技术开发和审查高效率的解决方案。建立复杂的建筑能量模型以说明低能量策略的益处或有害因素，并大大降低与采用非典型解决方案相关的风险。本质上，我们通过使用高功率软件证明，几个世纪成功使用的解决方案仍然适用于现代世界。

      那么，如何以及为什么质量有助于保持舒适，如果它做得很好，那么为什么我们甚至需要相变材料？

      能量总是从高到低或从热到冷，并且质量需要比空间更冷以吸收来自居住者，设备和阳光的热量。高密度质量加上温度差，形成“冷却”的储存器，并且吸收内部热量增益，同时最小温度增加到周围空间。

     吸收的热量然后可以在夜间释放，以帮助温暖的空间，或拒绝进入冷的夜间空气，充电的质量和第二天重新开始循环。在夜间温度远低于白天高点的气候中，可以通过在较冷的晚间时间打开窗户并在温度开始攀升时关闭窗户来对物质进行充电。

     混凝土在现代建筑中是普遍存在的，并且可以提供通常在古老结构中发现的大规模建筑的益处。但即使在绿色建筑设计中，裸露的混凝土内表面也常常是例外而不是常态。

     通常，地毯，干式墙，声学天花板和其它饰面用于隐藏混凝土建筑元件，并且有效地消除使用混凝土作为建筑物的主要结构的热利益。由于我们隐藏了这种资源，我们能否以不同于暴露每个混凝土表面的方式使用热存储？


     一家名为Phase Change Energy Solutions的公司开发了一种称为BioPCM的基于生物的相变材料（PCM），该材料通过利用与相变化相关的能量来利用大规模热存储和释放的概念。

     当材料从固体转变为液体，以及液体转化为蒸气时，材料改变相。与仅仅加热或冷却材料相比，可以从相的变化吸收或释放更多的能量，需要少得多的体积以实现相同的热容量。一英寸的相变材料与12英寸的混凝土一样有效，并且可以容易地放置在内墙和天花板内。

     建筑物中的相变材料可以等同于冰箱内的冰。冰吸收热量并熔化，从固体变成液体，同时保持胸部的内容物在接近水的凝固点的恒定温度。冰通过熔化吸热的能力远大于冷水的热容，并且扩大了作为冷却介质的水的效率。一旦冰完全融化，水随着胸部的内容物开始变暖。当首先开发制冷时，冰用于冷却纽约市的早期摩天大楼，并且仍然在新的绿色建筑中使用，例如在布莱恩特公园的美国银行大楼。

     BioPCM使用棕榈油和大豆油而不是水作为介质，熔点接近72°F，比冷饮料更适合人们的温度。在冰箱中，房间内的温度将保持在72°F（油的熔点）附近，直到超过相变的容量，并且所有的油都已经熔化。

     通过使用相变材料，可以减少对冷却的需要，并且可以扩展自然通风策略的有效性。与冰不同，并且由于相对高的熔点，PCM可以通过将其暴露于冷却的夜空而在第二天再充电。

     BioPCM以大片材生产，其中油包封在类似于未切割的馄饨片的袋中。片材可钉在壁组件中的钉上或放置在吊顶组件的顶部。

     华盛顿大学分子工程与科学大楼由研究实验室，开放式研究生工作空间和教师办公室组成。由于所需的非常不同的使用和空间调节策略，实验室部件通过玻璃墙与办公室分离。实验室通过标准方法进行调节，频繁通风换气以去除空气中的污染物。



     这是第一座建筑，其中ZGF建筑师在墙壁和天花板上使用相变材料应用。 PCM不是唯一的冷却解决方案，而是在非实验室空间的整体自然通风策略中起重要作用。

    办公区域通过可操作的窗户和排气烟囱自然通风，从人，设备和太阳去除热量。虽然西雅图的气候相当温和，需要一个缓冲区，以确保在温暖的日子保持舒适。相变材料用于扩大自然通风策略的能力，因为建筑物中的大部分混凝土用适合于研究设施的饰面覆盖。

    与传统的冷却系统相比，自然通风策略的能源使用的综合减少使得办公室的风扇和冷却能量减少了近98％。实验室空间能耗更高，与传统基准建筑相比，整个建筑的预计节能32％。

     因为BioPCM是市场上新的创新产品，所以开发了一种监测方案来测量PCM随时间的温度，以验证PCM按预期执行。由于缺乏真正的控制和实验条件，理解PCM的全部益处的能力是有限的。 ZGF不想为了控制目的而创建完全没有PCM的牺牲空间，并且冒着损害乘员舒适性的风险。

      相反，PCM被排除在办公室的一个螺柱湾腔和天花板中的一个部分。目的是使用从没有PCM的地区收集的数据作为与具有和外推的区域的比较，以了解对更大环境的影响。来自位于马萨诸塞州Onset的公司的HOBO U12数据记录器被放置在具有和不具有PCM的相邻壁腔内，并且类似地位于天花板中。

结果
      HOBO数据记录仪是以15分钟间隔记录温度测量值。使用随附的HOBOware®Pro图形和分析软件，ZGF发现初始数据表明BioPCM解决方案有效地缓和了空间内的温度波动。

      在华盛顿，电力相对于美国的大部分地区来说是便宜的。在能源成本更高的地方，使用相变材料与互补策略（如自然通风）相结合，有可能在建筑物的整个生命周期中节省大量的运营成本，而不会影响乘客的舒适度。

      例如，如果夜间温度低，则可以通过从前一天晚上捕获并存储在PCM中的自由冷却来抵消昂贵的下午峰值冷却成本。如果建筑物使用禁止在夜间打开窗户，建筑通风系统可以通过空间吹冷空气，使用非高峰电费对PCM充电并在高峰时间抵消冷却。