作者：Hobojunkai
發(fā)布時間：16/12/13 
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本頁關(guān)鍵詞： 類別： 溫度數(shù)據(jù)記錄儀保持建筑溫度在檢查
市場：室內(nèi)
概要：
建筑公司ZGF Architects利用溫度數(shù)據(jù)記錄器來證明生物基相變材料在華盛頓大學(xué)大型建筑物中緩和溫度變化的有效性。
概述
無論是土地或土坯塊，石頭，磚或混凝土的形式，大規(guī)模的建筑已經(jīng)無處不在的歷史。這些材料已被用于美國西南部，埃及金字塔和中世紀(jì)城堡和大教堂的本地住宅，甚至在最暖的日子里保持室內(nèi)溫度涼爽。
雖然可以理解，質(zhì)量可以幫助改善舒適性，但是這些材料的使用主要是因?yàn)樗鼈內(nèi)菀椎玫讲⑶冶辉O(shè)計者和建筑者理解。隨著時間的推移，建筑物因建筑材料，施工技術(shù)和工作場所文化的變化而發(fā)生巨大變化。鋼，波特蘭水泥，浮法玻璃，電梯和空調(diào)的出現(xiàn)導(dǎo)致了高玻璃填充的建筑物，盡管環(huán)境和切斷所有，但與外部世界的視覺連接。
挑戰(zhàn)
隨著我們越來越以知識為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，工作場所內(nèi)的技術(shù)進(jìn)步，居住密度的增加。建筑和工作場所模式轉(zhuǎn)換的結(jié)合導(dǎo)致使用大量能源的建筑物，共占美國年度能源需求的41％和美國電力需求的75％。此外，能源消耗與溫室氣體生產(chǎn)密切相關(guān)，能源消耗的減少直接減少了釋放到環(huán)境中的溫室氣體。
對低能耗建筑的關(guān)注已經(jīng)到來并且遍及近年來的歷史，每次更新為工具箱增加了更多的工具。 20世紀(jì)70年代初的歐佩克危機(jī)產(chǎn)生了一個短暫的可持續(xù)運(yùn)動，其中大規(guī)模建設(shè)短暫回到有利地位，但隨著化石燃料變得容易被放棄。
大約在這段時間，包裝的相變材料溶液被引入到建筑行業(yè)，但是由于有限數(shù)量的熱 - 冷卻循環(huán)以及具有傾向于泄漏的差的包裝而不可靠。在過去十五年間，由于對國家安全，能源獨(dú)立性和氣候變化的關(guān)注，高性能建筑已經(jīng)回到了最前沿。
20世紀(jì)70年代和現(xiàn)在的可持續(xù)運(yùn)動之間的顯著差異是使用技術(shù)開發(fā)和審查高效率的解決方案。建立復(fù)雜的建筑能量模型以說明低能量策略的益處或有害因素，并大大降低與采用非典型解決方案相關(guān)的風(fēng)險。本質(zhì)上，我們通過使用高功率軟件證明，幾個世紀(jì)成功使用的解決方案仍然適用于現(xiàn)代世界。
那么，如何以及為什么質(zhì)量有助于保持舒適，如果它做得很好，那么為什么我們甚至需要相變材料？
能量總是從高到低或從熱到冷，并且質(zhì)量需要比空間更冷以吸收來自居住者，設(shè)備和陽光的熱量。高密度質(zhì)量加上溫度差，形成“冷卻”的儲存器，并且吸收內(nèi)部熱量增益，同時最小溫度增加到周圍空間。
吸收的熱量然后可以在夜間釋放，以幫助溫暖的空間，或拒絕進(jìn)入冷的夜間空氣，充電的質(zhì)量和第二天重新開始循環(huán)。在夜間溫度遠(yuǎn)低于白天高點(diǎn)的氣候中，可以通過在較冷的晚間時間打開窗戶并在溫度開始攀升時關(guān)閉窗戶來對物質(zhì)進(jìn)行充電。
混凝土在現(xiàn)代建筑中是普遍存在的，并且可以提供通常在古老結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)的大規(guī)模建筑的益處。但即使在綠色建筑設(shè)計中，裸露的混凝土內(nèi)表面也常常是例外而不是常態(tài)。
通常，地毯，干式墻，聲學(xué)天花板和其它飾面用于隱藏混凝土建筑元件，并且有效地消除使用混凝土作為建筑物的主要結(jié)構(gòu)的熱利益。由于我們隱藏了這種資源，我們能否以不同于暴露每個混凝土表面的方式使用熱存儲？
一家名為Phase Change Energy Solutions的公司開發(fā)了一種稱為BioPCM的基于生物的相變材料（PCM），該材料通過利用與相變化相關(guān)的能量來利用大規(guī)模熱存儲和釋放的概念。
當(dāng)材料從固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w，以及液體轉(zhuǎn)化為蒸氣時，材料改變相。與僅僅加熱或冷卻材料相比，可以從相的變化吸收或釋放更多的能量，需要少得多的體積以實(shí)現(xiàn)相同的熱容量。一英寸的相變材料與12英寸的混凝土一樣有效，并且可以容易地放置在內(nèi)墻和天花板內(nèi)。
建筑物中的相變材料可以等同于冰箱內(nèi)的冰。冰吸收熱量并熔化，從固體變成液體，同時保持胸部的內(nèi)容物在接近水的凝固點(diǎn)的恒定溫度。冰通過熔化吸熱的能力遠(yuǎn)大于冷水的熱容，并且擴(kuò)大了作為冷卻介質(zhì)的水的效率。一旦冰完全融化，水隨著胸部的內(nèi)容物開始變暖。當(dāng)首先開發(fā)制冷時，冰用于冷卻紐約市的早期摩天大樓，并且仍然在新的綠色建筑中使用，例如在布萊恩特公園的美國銀行大樓。
BioPCM使用棕櫚油和大豆油而不是水作為介質(zhì)，熔點(diǎn)接近72°F，比冷飲料更適合人們的溫度。在冰箱中，房間內(nèi)的溫度將保持在72°F（油的熔點(diǎn)）附近，直到超過相變的容量，并且所有的油都已經(jīng)熔化。
通過使用相變材料，可以減少對冷卻的需要，并且可以擴(kuò)展自然通風(fēng)策略的有效性。與冰不同，并且由于相對高的熔點(diǎn)，PCM可以通過將其暴露于冷卻的夜空而在第二天再充電。
BioPCM以大片材生產(chǎn)，其中油包封在類似于未切割的餛飩片的袋中。片材可釘在壁組件中的釘上或放置在吊頂組件的頂部。
華盛頓大學(xué)分子工程與科學(xué)大樓由研究實(shí)驗(yàn)室，開放式研究生工作空間和教師辦公室組成。由于所需的非常不同的使用和空間調(diào)節(jié)策略，實(shí)驗(yàn)室部件通過玻璃墻與辦公室分離。實(shí)驗(yàn)室通過標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，頻繁通風(fēng)換氣以去除空氣中的污染物。
這是第一座建筑，其中ZGF建筑師在墻壁和天花板上使用相變材料應(yīng)用。 PCM不是唯一的冷卻解決方案，而是在非實(shí)驗(yàn)室空間的整體自然通風(fēng)策略中起重要作用。
辦公區(qū)域通過可操作的窗戶和排氣煙囪自然通風(fēng)，從人，設(shè)備和太陽去除熱量。雖然西雅圖的氣候相當(dāng)溫和，需要一個緩沖區(qū)，以確保在溫暖的日子保持舒適。相變材料用于擴(kuò)大自然通風(fēng)策略的能力，因?yàn)榻ㄖ镏械拇蟛糠只炷劣眠m合于研究設(shè)施的飾面覆蓋。
與傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)相比，自然通風(fēng)策略的能源使用的綜合減少使得辦公室的風(fēng)扇和冷卻能量減少了近98％。實(shí)驗(yàn)室空間能耗更高，與傳統(tǒng)基準(zhǔn)建筑相比，整個建筑的預(yù)計節(jié)能32％。
因?yàn)锽ioPCM是市場上新的創(chuàng)新產(chǎn)品，所以開發(fā)了一種監(jiān)測方案來測量PCM隨時間的溫度，以驗(yàn)證PCM按預(yù)期執(zhí)行。由于缺乏真正的控制和實(shí)驗(yàn)條件，理解PCM的全部益處的能力是有限的。 ZGF不想為了控制目的而創(chuàng)建完全沒有PCM的犧牲空間，并且冒著損害乘員舒適性的風(fēng)險。
相反，PCM被排除在辦公室的一個螺柱灣腔和天花板中的一個部分。目的是使用從沒有PCM的地區(qū)收集的數(shù)據(jù)作為與具有和外推的區(qū)域的比較，以了解對更大環(huán)境的影響。來自位于馬薩諸塞州Onset的公司的HOBO U12數(shù)據(jù)記錄器被放置在具有和不具有PCM的相鄰壁腔內(nèi)，并且類似地位于天花板中。
結(jié)果
HOBO數(shù)據(jù)記錄儀是以15分鐘間隔記錄溫度測量值。使用隨附的HOBOware®Pro圖形和分析軟件，ZGF發(fā)現(xiàn)初始數(shù)據(jù)表明BioPCM解決方案有效地緩和了空間內(nèi)的溫度波動。
在華盛頓，電力相對于美國的大部分地區(qū)來說是便宜的。在能源成本更高的地方，使用相變材料與互補(bǔ)策略（如自然通風(fēng)）相結(jié)合，有可能在建筑物的整個生命周期中節(jié)省大量的運(yùn)營成本，而不會影響乘客的舒適度。
例如，如果夜間溫度低，則可以通過從前一天晚上捕獲并存儲在PCM中的自由冷卻來抵消昂貴的下午峰值冷卻成本。如果建筑物使用禁止在夜間打開窗戶，建筑通風(fēng)系統(tǒng)可以通過空間吹冷空氣，使用非高峰電費(fèi)對PCM充電并在高峰時間抵消冷卻。
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