本文是一篇建筑论文，本文以现有相变蓄热相关研究作为理论基础，通过对国内外相关研究文献整理，总结现有研究进展以及未来的发展趋势，将热性能更优矿渣水泥和微胶囊相变材料制备成水泥基蓄热砂浆复合材料，进一步探讨其蓄热性能，旨在扩大相变材料在高性能建筑围护结构中的实际应用。
第一章 绪论
1.1 研究背景
建筑领域的能源和环境问题一直备受关注，根据《中国建筑节能年度发展研究报告2023》中的相关数据 [1]，2021年建筑运行的总商品能耗约占全国能源消费总量的21%。研究建筑本体的蓄热性能提升是建筑节能绿色发展的研究热点和重点，通过蓄热技术可以有效协调建筑能源的供需关系，从而进一步构建低碳和零碳建筑体系。在混凝土蓄热地板中加入的相变材料可显著增强地板的蓄热能力，通过其相变储热和释放性能减少温度波动，有效缓解峰谷电价政策与农村住宅实际使用的不匹配，与太阳能等可再生能源系统集成，以解决可再生能源供需失衡问题。
1.1.1 国家碳达峰碳中和目标的需求
冬季取暖是污染物和碳排放的重要来源，为贯彻落实习近平总书记在中央财经领导小组第14次会议上关于“推进北方地区冬季清洁取暖”的重要讲话精神，2017年5月中央四部委联合决定开展中央财政支持北方地区冬季清洁取暖试点工作，推进清洁方式取暖替代散煤燃烧取暖，实现试点地区散烧煤取暖全部“销号”和清洁替代，形成示范带动效应和减污降碳的效果。2020年9月，习近平总书记在第75届联合国大会一般性辩论上宣布，中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。2021年9月，《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》把碳达峰、碳中和纳入经济社会发展全局，以经济社会发展全面绿色转型为引领，以能源绿色低碳发展为关键，加快形成节约资源和保护环境的产业结构、生产方式、生活方式、空间格局，坚定不移走生态优先、绿色低碳的高质量发展道路。2021年10月，《2030年前碳达峰行动方案》提出，“十五五”期间初步建立清洁低碳安全高效的能源体系，非化石能源消费比重进一步提高，煤炭消费逐步减少，绿色低碳技术取得关键突破，绿色生活方式已成为公众自觉选择，绿色低碳循环发展政策体系基本健全。
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1.2 研究现状
基于碳达峰碳中和与住宅绿色节能发展的双重目标，为了更好开展本研究提出的相变材料提升地板蓄热性能，主要分为相变蓄热材料的发展与应用、相变蓄热辐射地板、相变砂浆复合材料以及农村住宅地板研究现状等方面对相关文献进行了综述。
1.2.1 相变蓄热材料的发展与应用
全球能源需求不断增长、化石能源枯竭、气候变化等一系列的复杂背景，迫切要求全社会采取具体措施来进一步节约能源。作为产生全球三分之一温室气体的部门，提高建筑隔热性能以及使用可再生能源已成为减少能源消耗和提高能源效率的优先目标，从而在减少制冷和供暖需求的同时为居住者提供更舒适的室内环境。为了节约能源，制冷和供热应用中采用的不同的机制，特别是热能储存（Thermal Energy Storage，TES），由于其在回收太阳热能、减少能源消耗和确保环境效益方面的诸多好处，已被以各种应用和形式加以利用。
建筑中最常用的热能储存方法是显热储存（Sensible Heat Storage，SHS）和潜热储存（Latent Heat Storage，LHS） [2]。显热储存是一种通过简单地提高材料温度来储存热能的方法，由于大多数材料的比热容相对较低，为了储存可观的热能，显热储存必须涉及相对较高的温温度。潜热储存使用相变材料（Phase Change Material，PCM）来储存热能，是提高建筑材料热惯性与改善建筑围护结构能源性能的最有效技术。相变材料指能够在发生相变的同时储存和释放大量热量的材料。为了实现以较小的体积变化获得较高的蓄热密度，大多数应用的相变材料都会在固态和液态之间发生相变；这种相变被称为熔化和凝固。随着潜热储存的应用，人们对相变材料的性能进行了大量研究。Ben Romdhane等人 [2]通过综述相变材料在建筑物中的被动应用，发现在 相变材料的帮助下，建筑物的能效得到了提高，能耗成本降到了最低，热量得到了储存，热舒适度要求也得到了保证。此外，相变材料还能为能源短缺、碳排放及其对环境的严重威胁提供关键的解决方案。Harald等人 [3]系统研究了2020~2021年期间相变材料产品及其应用领域，发现相变材料已被广泛应用于各种商业产品和许多不同的应用领域，例如，在建筑、物流（特别是冷链）、人体等领域的应用，但仍需在应用领域中加大量研发工作。Swellam W.等人 [4]回顾了相变材料的分类以及最常见和最常用的类型，分析了相变材料的缺点以及针对热性能、安全性和成本问题提供的解决方案，以及在建筑构件中添加相变材料的有效性。Suresh C.等人 [5]对相变材料集成到建筑围护结构中的效果进行了回顾，介绍了相变材料的选择以及将其纳入建筑围护结构的不同技术，讨论了将相变材料集成到建筑材料中获得的节能和经济效益。
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第二章 相关研究基础
2.1 呼和浩特地区气候特征
内蒙古自治区总面积为118.3万km2，占中国土地面积的12.3%，东西直线距离2400km，南北直线距离1700km，边境线4200km，横跨祖国北部边疆。呼和浩特是蒙古语音译，意为“青色的城”，是内蒙古自治区首府，地处东经110°46′~112°10′，北纬40°51′~41°8′。全市总面积1.72万km2，其中建成区面积260平方公里。《2022年呼和浩特市常住人口主要数据公报》显示，截止到2022年底，全市常住人口为355.11万人，乡村常住人口为71.72万人。
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2.1.1 室外气象条件
内蒙古自治区建筑气候区划如图2-2所示，建筑气候分为7个主气候区（I、Ⅱ、Ⅲ、IV、V、VI、Ⅶ区），20个子气候区。在各一级区内，分别选取能反映该区建筑气候差异性的气候参数或特征作为二级区划指标，如I区以1月平均气温及冻土性质划分为IA、IB、IC、ID四个二级区划指标。
呼和浩特地区建筑气候分区为ID，该地区具有以下特点：冬季漫长严寒，夏季短暂炎热，春秋两季气候变化剧烈。年平均气温3.5~8℃，气温由北向南递增，北部大青山区仅在2℃左右，南部达到6.7℃。最冷月气温−12.7~16.1℃；最热月平均气温17~22.9℃。平均年较差为34.4~35.7℃，平均日较差为13.5~13.7℃。
呼和浩特地区建筑的基本要求应符合下列规定：建筑物必须充分满足冬季防寒、保温、防冻等要求，夏季可不考虑防热；总体规划、单体设计和构造处理应使建筑物满足冬季日照和防御寒风的要求；建筑物应采取减少外露面积，加强冬季密闭性，合理利用太阳能等节能措施；结构上应考虑气温年较差大及大风的不利影响；屋面构造应考虑积雪及冻融危害；施工应考虑冬季漫长严寒的特点，采取相应的措施。
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2.2 呼和浩特地区农宅用能现状及地板形式
2.2.1 农宅建筑用能现状
随着城市建设的快速发展，人口向大城市、超大城市聚集，房屋建成面积不断增加，居民采暖需求也出现较大幅度的增长。城镇居民主要从事工业与服务业等密集型活动。高人口密度和高建筑密度的城市人居环境决定了城镇地区的供暖多为集中供暖形式，生产空间和生活空间已完全分开，而城镇住宅的功能设计只需要满足居住需求。
对于大部分农村地区，农民的生产仍以农业、牧业等分散性活动为主。为保证能够充分、合理地利用可耕种的土地资源，农村居民往往聚居在相互分散独立的村落中。农村的生产方式和住宅功能特点决定了其必须保持分散的居住模式，而不能采用城市的集中模式。这种分散居住、自给自足经营土地的生活生产方式情况下，土地人均占2.2 呼和浩特地区农宅用能现状及地板形式 2.2.1 农宅建筑用能现状 随着城市建设的快速发展，人口向大城市、超大城市聚集，房屋建成面积不断增加，居民采暖需求也出现较大幅度的增长。城镇居民主要从事工业与服务业等密集型活动。高人口密度和高建筑密度的城市人居环境决定了城镇地区的供暖多为集中供暖形式，生产空间和生活空间已完全分开，而城镇住宅的功能设计只需要满足居住需求。 对于大部分农村地区，农民的生产仍以农业、牧业等分散性活动为主。为保证能够充分、合理地利用可耕种的土地资源，农村居民往往聚居在相互分散独立的村落中。农村的生产方式和住宅功能特点决定了其必须保持分散的居住模式，而不能采用城市的集中模式。这种分散居住、自给自足经营土地的生活生产方式情况下，土地人均占
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第三章 相变材料的选取及其热物性参数分析 ............................ 31
3.1 相变蓄热技术分类及其应用 ............................. 31
3.1.1 热储能系统及其优势分析 .......................................... 31
3.1.2 影响相变蓄热的相关因素 ..................................... 32
第四章 地板相变蓄热材料的制备与综合性能分析 ...................... 51
4.1 复合材料的制备与表征方法 .................... 51
4.1.1 原材料与制备方法 ......................... 51
4.1.2 分析方法 ......................................... 52
第五章 农宅室内相变蓄热地板热性能提升研究 .................................. 69
5.1 农宅室内地板蓄热实验平台构建 ............................. 69
5.1.1 室内环境系统组成 ........................................... 69
5.1.2 蓄热地板构造设计 ................................ 71
第五章 农宅室内相变蓄热地板热性能提升研究
5.1 农宅室内地板蓄热实验平台构建
根据现呼和浩特地区农村住宅表现出供热时间的间断性与供热温度的不稳定性，在环境舱中采用了人为可控的低温恒温水浴作为热源输入端，并在蓄热地板热性能测试阶段通过调整供热温度等设置来模拟真实运行工况。
5.1.1 室内环境系统组成
在人工环境舱的内舱可作为理想条件下呼和浩特地区农宅相变蓄热地板的搭建环境，环境舱平面及内舱如图5-1所示。
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结论与展望
在混凝土蓄热地板中加入的相变材料可显著增强地板的蓄热能力，这些储存的热量可在加热阶段结束后的较长时间内逐渐释放，应对能源供需不平衡带来的挑战。本研究立足于呼和浩特地区气候条件下的农宅用能模式，同时考虑丰富的可再生资源，通过对相变复合保温材料方面的相关基础性能研究，探究相变辐射地板蓄放热规律，探求建筑能效提升、围护结构蓄能的应用路径，为当前呼和浩特地区农村建筑用能结构优化及室内环境改善提供支撑。本文以现有相变蓄热相关研究作为理论基础，通过对国内外相关研究文献整理，总结现有研究进展以及未来的发展趋势，将热性能更优矿渣水泥和微胶囊相变材料制备成水泥基蓄热砂浆复合材料，进一步探讨其蓄热性能，旨在扩大相变材料在高性能建筑围护结构中的实际应用，主要得出如下结论：
（1）合理应用相变蓄热技术可以缓解建筑能源供需不平衡的关系。
相变材料与农村住宅围护结构、尤其是辐射地板的耦合具有巨大潜力，其选取的重要原则是其相变温度与热性能，其次是经济性。矿渣水泥因其良好的热性能被考虑应用于辐射地板的热质层，微胶囊相变材料会影响极大影响建筑材料的相关性能。
（2）相变微胶囊会极大影响复合材料的热物理性能与机械性能。
复合材料中相变微胶囊含量每增加1%，砂浆复合材料的导热系数和热扩散系数就会分别降低9%和10%；相变微胶囊含量每增加1%，砂浆复合材料的表观密度和真密度分别降低2%和1%、砂浆的抗压强度就会下降24%。就热物理和机械特性而言，SSC7砂浆（4.53wt%）为可用于建筑围护结构中的最大添加比例。
参考文献（略）