相变材料动态遮阳装置的设计与热性能分析：提升建筑能效与热舒适性的创新方案

为解决建筑围护结构热损失和夏季过热问题，研究人员开发了一种集成相变材料(PCM)的动态遮阳装置(DS-PCM)。通过实验测试不同运行策略，证实该装置可降低室内峰值温度2.1°C，减少20%过热不适时数，显著提升热舒适性。这项发表在《Journal of Energy Chemistry》的研究为建筑节能提供了创新解决方案。

　　

随着全球建筑能耗占比持续攀升，建筑围护结构尤其是玻璃幕墙的热损失问题日益突出。现代建筑立面设计趋向大面积玻璃化，虽然提升了采光和美观，却导致夏季过热风险加剧，空调能耗激增。传统静态遮阳方案难以应对动态变化的室外环境，而相变材料(PCM)因其卓越的潜热储存能力被视为建筑节能的"智能温度缓冲器"。然而现有PCM应用多局限于静态系统，存在充放电效率低、结晶不完全等瓶颈。

针对这些挑战，Margarida Gon?alves团队创新性地将PCM与动态遮阳技术结合，开发出DS-PCM系统。该装置通过机械滑动机构实现PCM容器在充电区(室内)和放电室(室外)间的智能切换，既保证充分吸热又加速散热。研究采用多尺度实验方法：首先通过差示扫描量热法(DSC)精确测定PCM热物性参数；随后优化PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)管径(20mm)以提升传热效率；最终在真实尺度建筑原型中对比测试三种运行策略。

在材料表征部分，研究发现商用RT25HC PCM的实际相变温度范围(20-25.6°C)与标称值存在偏差，且焓值降低32%。几何优化实验证实，较小管径(20mm)使熔化时间缩短1-3小时。热性能测试显示，静态模式下DS-PCM可使室内峰值温度降低1.6°C，动态模式更达2.1°C。通过建立液体分数模型，团队量化了PCM相变过程：在21°C环境温度和520 W m^-2辐照度下可实现完全熔化，而完全结晶需要夜间温度降至13°C。

Degree-Hours Discomfort(DHD)分析表明，该系统可减少20%过热不适时数，缩短7%过热时段。值得注意的是，窗帘位置对温度调节影响有限，但前置窗帘能有效防止PCM过热。动态策略中，S3方案(窗帘固定于窗内侧)表现最优，其性能指标(PI_DS-PCM)达0.058，较静态方案提升42%。

这项研究突破了传统PCM应用的静态局限，首创"位置可调式"热管理方案。其创新价值体现在三方面：一是通过动态切换实现PCM充放电过程解耦，解决结晶不完全难题；二是保持自然采光的同时提升热舒适性；三是为建筑围护结构从"静态屏障"向"动态界面"转型提供范例。研究结果对实现欧盟"2050气候中性"目标具有实践意义，为修订中的建筑能效指令(EPBD)提供了技术参考。未来研究可探索PCM容器几何优化、与主动系统协同控制等方向，进一步释放该技术的节能潜力。