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本文以标准砂浆和两种商品微胶囊化相变材料（PCM）为基础，制备并表征了标称熔点为23℃，温度为26℃的复合材料。为此目的，设计并实现了一种创新的实验装置，能够同时测试经受相同温度分布的两种不同样品。然后将实验结果用于验证在COMSOL Multiphysics中实施的数值模型。最后，进行参数分析以确定优化的熔化温度用于地中海应用的PCM的，旨在降低总体能量消耗以及在冬季和夏季改善建筑物内部的舒适条件。结果表明，在西西里气候条件下，最佳熔融温度达到27°C 。此外，与基于纯水泥砂浆的标准溶液相比，添加15wt％的优化PCM允许改善约15％的舒适条件。

最近提出并研究的一种有趣的方法是将相变材料（PCM）嵌入建筑物外壳的不透明组件内，以增加整体热容量，从而充当温度的被动热调节器。相变材料是这样的材料，有机或无机的，其用于存储热能在一个狭窄的温度范围内，利用该潜热的相变产生的（即，通常固态到液态）。它们可用于直接储存太阳能热能或用于回收和储存废热源，以及在不同应用领域中充当被动热调节器

本文重点研究了水泥砂浆中微胶囊化PCM的实验和数值研究，特别是在温暖（如地中海）气候中的应用。本文介绍了文献中现有技术的两个主要新颖性：夏季和冬季性能的评估，以获得全年复合材料的运行信息，而通常只考虑主导条件，并且通过直接差分测量装置进行实验测试。实际上，开发了一种创新的实验装置，与文献中常见的其他装置不同，能够比较地测量当前经受相同边界条件的两种不同的水泥砂浆砖。

使用的基础砂浆是用于室内和室外应用的IN200测量砂浆，该材料的主要特征包括高透气性，较低的收缩率和易于使用适量的混合水。

选择的相变材料（PCM）是两种微囊化的石蜡化合物这两种产品的熔点和储存容量不同。

根据UNI EN 196-1标准，准备阶段包括四个步骤（图2）：

图2。流程图的制备阶段的样品。

3b中所示。

图3。a）300倍IN200的SEM放大率; b）在2500×IN200的SEM放大率。

图4a -b示出了在填充有10％Micro nal 5040X（代码1040）的IN200砂浆部分中捕获的图像。

图4。a）在10×4040样品的500×下的SEM放大率; b）25k×1040样品的SEM放大率。

实际上，微胶囊的分布是完全均匀的和水泥基质在聚集体中起到粘合剂的作用，稳定地嵌入PCM微胶囊。

图5显示了原始Micro nal 5038X和Micro nal 5040X的量热图案。

图5。原始Micro nal 5038X和5040X的DSC曲线。

图6。复合砂浆的 DSC曲线：a）IN200 Micro nal 5038X b）IN200 Micro nal 5040X。

有趣的是要强调复合材料样品的熔化/结晶温度仅取决于PCM，并且它们不受水泥砂浆存在的影响。

为了评估实现样品的性能，设计并实现了实验装置，如图7所示。

图7。实验装置实现了PCM-水泥砂浆样品的表征：装置示意图（a）; 带插入热电偶的板式HEX （b）; 查看板HEX与两个样品的分配（c）。

3.2 。实验结果

图8。纯水泥砂浆和两种复合材料的温度步骤试验结果。

夏季条件下的试验结果如图9所示，其中比较了纯水泥砂浆和砂浆-PCM样品（15wt％PCM）的温度。

图9。在夏季条件下对IN200-Micro nal DS5038X样品进行动态测试。

图10。在冬季条件下对IN200-Micro nal DS5040X样品进行动态测试。

该模型的开发具有以下假设：

系统的2D表示;

除特定的热量外，试样的热物理性质是恒定的;

PCM的液态对流可以忽略不计;

相变期间PCM的体积膨胀被忽略;

唯一相关的传热机制是传导。

通过傅里叶定律描述传热：

其中：ρ是材料密度[kg / m 3 ]，c p 是比热容[J /（kg K）]，k是导热系数 [W /（m K）]和Q＆CenterDot; 热源[W]。

图11。模型实现的几何和边界条件。

图12。使用Micro nal 5040-15 wt％-cement 砂浆样品进行温度步骤测试的实验数据和模拟数据的比较。

图13。使用Micro nal 5038-15 wt％-cement 砂浆样品进行动态夏季测试的实验数据和模拟数据的比较。

图14。使用"溶胶 - 空气温度"方法对墨西拿7月参考周的砂浆 - Micro nal 5038X板坯进行动态模拟的结果。

图15。夏季条件下不同温度下PCM的参数分析。

图16。分析了气候条件下 PCM 熔化温度对壁面峰值温度的影响。

图17。墨西拿市全年的溶气和环境温度。考虑到墙面朝南，计算溶气温度。灰色区域代表参考日的定性指示。

6 。结论

本文介绍了混合水泥砂浆-PCM复合材料的实验和理论分析，以提高温暖气候下建筑物的能源效率。该复合材料样品基于商业砂浆，用于室内和室外应用，与BASF提供的微胶囊PCM混合，具有两种不同的熔融温度。