溫度數據記錄儀保持建筑溫度在檢查
建筑公司ZGF Architects利用溫度數據記錄器來證明生物基相變材料在華盛頓大學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，大規模的建筑已經無處不在的歷史。這些材料已被用于美國西南部，埃及金字塔和中世紀城堡和大教堂的本地住宅，甚至在最暖的日子里保持室內溫度涼爽。
雖然可以理解，質量可以幫助改善舒適性，但是這些材料的使用主要是因為它們容易得到并且被設計者和建筑者理解。隨著時間的推移，建筑物因建筑材料，施工技術和工作場所文化的變化而發生巨大變化。鋼，波特蘭水泥，浮法玻璃，電梯和空調的出現導致了高玻璃填充的建筑物，盡管環境和切斷所有，但與外部世界的視覺連接。
挑戰
隨著我們越來越以知識為基礎的經濟發展，工作場所內的技術進步，居住密度的增加。建筑和工作場所模式轉換的結合導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密切相關，能源消耗的減少直接減少了釋放到環境中的溫室氣體。
對低能耗建筑的關注已經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70年代初的歐佩克危機產生了一個短暫的可持續運動，其中大規模建設短暫回到有利地位，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，但是由于有限數量的熱 - 冷卻循環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，能源獨立性和氣候變化的關注，高性能建筑已經回到了最前沿。
20世紀70年代和現在的可持續運動之間的顯著差異是使用技術開發和審查高效率的解決方案。建立復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的風險。本質上，我們通過使用高功率軟件證明，幾個世紀成功使用的解決方案仍然適用于現代世界。
那么，如何以及為什么質量有助于保持舒適，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，并且質量需要比空間更冷以吸收來自居住者，設備和陽光的熱量。高密度質量加上溫度差，形成“冷卻”的儲存器，并且吸收內部熱量增益，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，或拒絕進入冷的夜間空氣，充電的質量和第二天重新開始循環。在夜間溫度遠低于白天高點的氣候中，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閉窗戶來對物質進行充電。
混凝土在現代建筑中是普遍存在的，并且可以提供通常在古老結構中發現的大規模建筑的益處。但即使在綠色建筑設計中，裸露的混凝土內表面也常常是例外而不是常態。
通常，地毯，干式墻，聲學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構的熱利益。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的能量來利用大規模熱存儲和釋放的概念。
當材料從固體轉變為液體，以及液體轉化為蒸氣時，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現相同的熱容量。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墻和天花板內。
建筑物中的相變材料可以等同于冰箱內的冰。冰吸收熱量并熔化，從固體變成液體，同時保持胸部的內容物在接近水的凝固點的恒定溫度。冰通過熔化吸熱的能力遠大于冷水的熱容，并且擴大了作為冷卻介質的水的效率。一旦冰完全融化，水隨著胸部的內容物開始變暖。當首先開發制冷時，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，熔點接近72°F，比冷飲料更適合人們的溫度。在冰箱中，房間內的溫度將保持在72°F（油的熔點）附近，直到超過相變的容量，并且所有的油都已經熔化。
通過使用相變材料，可以減少對冷卻的需要，并且可以擴展自然通風策略的有效性。與冰不同，并且由于相對高的熔點，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，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。
華盛頓大學分子工程與科學大樓由研究實驗室，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節策略，實驗室部件通過玻璃墻與辦公室分離。實驗室通過標準方法進行調節，頻繁通風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用。 PCM不是唯一的冷卻解決方案，而是在非實驗室空間的整體自然通風策略中起重要作用。
辦公區域通過可操作的窗戶和排氣煙囪自然通風，從人，設備和太陽去除熱量。雖然西雅圖的氣候相當溫和，需要一個緩沖區，以確保在溫暖的日子保持舒適。相變材料用于擴大自然通風策略的能力，因為建筑物中的大部分混凝土用適合于研究設施的飾面覆蓋。
與傳統的冷卻系統相比，自然通風策略的能源使用的綜合減少使得辦公室的風扇和冷卻能量減少了近98％。實驗室空間能耗更高，與傳統基準建筑相比，整個建筑的預計節能32％。
因為BioPCM是市場上新的創新產品，所以開發了一種監測方案來測量PCM隨時間的溫度，以驗證PCM按預期執行。由于缺乏真正的控制和實驗條件，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建完全沒有PCM的犧牲空間，并且冒著損害乘員舒適性的風險。
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的地區收集的數據作為與具有和外推的區域的比較，以了解對更大環境的影響。來自位于馬薩諸塞州Onset的公司的HOBO U12數據記錄器被放置在具有和不具有PCM的相鄰壁腔內，并且類似地位于天花板中。
結果
在華盛頓，電力相對于美國的大部分地區來說是便宜的。在能源成本更高的地方，使用相變材料與互補策略（如自然通風）相結合，有可能在建筑物的整個生命周期中節省大量的運營成本，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，建筑通風系統可以通過空間吹冷空氣，使用非高峰電費對PCM充電并在高峰時間抵消冷卻。
您可能對以下產品感興趣:
