梯度相变温度对封装相变材料地板供暖系统热性能的影响

《Scientific Reports》：Effect of gradient phase-change temperatures on the thermal performance of floor heating systems with encased phase-change materials

　　

摘要

随着相变材料（PCMs）在辐射地板供暖系统（RFHS）中的应用日益广泛，其在降低温度波动和提高能效方面的作用已得到充分证实。然而，现有研究主要聚焦于具有单一相变温度的相变材料，而梯度相变材料在封装地板系统中的研究仍显不足。本研究提出了一种优化设计方案，将梯度相变材料集成到单层封装辐射地板供暖系统中。通过计算流体力学（CFD）模型，系统研究了内外层相变材料的相变温度范围对系统热行为的影响。研究结果表明，两层相变材料之间存在明显的优化机制差异：外层相变材料通过调控地板表面附近的热传递，主导地板表面响应速度和温度均匀性；内层相变材料通过控制热水管附近的潜热储存，决定热量释放速率和高温持续时间。通过优化内外层相变材料的相变温度梯度，确定了最优配置（外层：32–37 ℃；内层：38–43 ℃）。与传统单一温度相变材料设计相比，优化系统在相变速率方面提高了9.89%，高温持续时间延长了24.32%，平均温度提升了1.8%，温度波动降低了5.41%。本研究为提高封装辐射地板供暖系统的热效率并推动其在绿色建筑中的应用提供了理论指导和技术支持。