综述：关于一种创新型热储存墙的性能和成本分析的实验与数值研究

《Journal of Energy Storage》：Experimental and numerical investigation on the performance and cost analysis of an innovative thermal storage wall

　　**Cansu Bekler | ?dil Ay?am | Mustafa Zeki Y?lmazo?lu | Asena Soyluk**
**土耳其安卡拉加齐大学建筑学院建筑系**

**摘要**
由先进材料制成的创新建筑围护结构在通过增强建筑物的有效热质量来提高能源性能方面发挥着关键作用，这属于被动设计策略的一部分。本研究提出了一种被动墙体系统，该系统将透明隔热材料（TIM）与嵌入相变材料（PCM）的砖墙结合（TIM-AG-PCM墙），以提升建筑物在供暖和制冷季节的热性能。这种创新墙体系统首先通过数学分析进行设计，随后在安卡拉的大陆性气候条件下，利用实时的测量数据对比了多种墙体系统配置，以确定性能最佳的方案。最终选定的系统被应用于实际建筑，并针对每个立面进行了参数化建模，应用比例范围从20%到100%。通过分析每种比例下的能源性能和成本数据，得出了最佳应用比例。结果表明，在南立面应用35–40%、北立面应用50%、东立面和西立面应用50–60%的TIM-AG-PCM墙时，能够在热性能和成本之间取得最佳平衡，从而为建筑围护结构提供了一种可持续且高效的设计方案。与传统的墙体系统相比，采用这种墙体系统可使建筑能耗降低25.8%。年度分析进一步表明，使用两种不同熔点的相变材料（分别适用于供暖和制冷季节）能够实现过渡期的连续热调节。

**术语表**
- **U**：热传导率 [W/m2·K]
- **X**：厚度 [cm]
- **Cp**：比热容 [J/kg·K]
- **TIM**：透明隔热材料
- **PCM**：相变材料
- **AG**：空气间隙
- **COP**：性能系数
- **PP**：回收期
- **Cy($)$**：年度能源成本 [$]
- **Ch($)$**：年度供暖能源成本 [$]
- **Cc($)$**：年度制冷能源成本 [$]
- **Cf**：燃料单价 [$/m3]
- **CTIM-AG-PCMWALL**：TIM-AG-PCM墙的成本 [$/m2]
- **Hu**：燃料的低热值 (kWh/m3)
- **Ce**：电价 [$/kWh]
- **CT**：TIM-AG-PCM墙的成本 [$/m2]
- **Cyyt**：其他相关术语（材料与方法部分未列出）

**材料与方法**
本研究建立了一种包含五个相互关联的方法步骤的评估策略，以验证研究提出的假设（见图1）。在方法框架内，首先进行了文献回顾，以确定分析所适用的气候区域及室内边界条件。基于此回顾，确定了TIM-AG-PCM墙系统中使用的材料及其在墙体各层中的位置。

**实验研究**
实验重点收集了四个实验室中特定测量点的温度数据：三个实验室的南立面采用了不同配置的TIM-AG-PCM墙，另一个实验室的四个立面均采用标准墙体。实验测量旨在评估不同TIM-AG-PCM墙配置在大气条件下的热行为，涵盖夏季和冬季两个季节。

**讨论**
为了全面探讨TIM-AG-PCM墙在建筑适用性、能源效率及经济效益方面的潜力，研究结果从设计、性能和成本三个主题进行了讨论。在设计方面，分析了墙体系统的建筑和结构影响，包括其物理组成部分、立面朝向及应用比例。性能评估部分重点考察了该系统的实际效果。

**结论**
本研究开发了一种创新的被动建筑组件——TIM-AG-PCM墙系统，并对其不同配置进行了实验分析。结果表明，与标准墙体相比，TIM-AG-PCM墙在供暖季节的性能提高了约18%，在制冷季节的性能提高了约5%。建筑规模的分析显示，该系统的应用可降低建筑物的年总能耗。

**作者贡献声明**
- **Cansu Bekler**：撰写初稿、可视化处理、数据整理、软件应用。
- **?dil Ay?am**：撰写与编辑、项目监督、资金申请、概念构思。
- **Mustafa Zeki Y?lmazo?lu**：撰写与编辑、可视化处理、软件应用、方法研究。
- **Asena Soyluk**：数据验证、方法研究、数据分析、形式化分析、概念构思。

**利益冲突声明**
作者声明以下可能构成潜在利益冲突的财务利益或个人关系：?dil Ay?am表示获得了土耳其科学技术研究委员会（Scientific and Technological Research Council of Turkey）的财务支持。若还有其他作者参与，他们声明自己没有可能影响本文研究结果的财务利益或个人关系。

**致谢**
作者衷心感谢土耳其科学技术研究委员会（TUBITAK）在项目122M562下的财政支持，以及加齐大学学术写作与应用研究中心对本文的校对工作。本研究成果属于加齐大学建筑学专业博士论文的一部分。