类型a：学术研究报告

作者及机构
本研究由Smain Melouka（阿尔及利亚特莱姆森大学土木工程系）、Houssem Hachemi（通讯作者，特莱姆森大学ETAP实验室）、Abdelhadi Haddouche、Chakib Seladji、M. Reda Haddouche（西班牙莱里达大学工业工程与建筑系）、Omar Taleb、Djahida Mahmoudi、Hakim Bentrar及Henaoui Mustapha共同完成，发表于《Journal of Energy Storage》2025年3月刊（Volume 116, 115967）。

学术背景
本研究属于建筑材料与能源效率交叉领域，聚焦于改善传统混凝土（Ordinary Concrete, OC）的高导热性导致的建筑能耗问题。阿尔及利亚因经济与人口增长面临能源需求激增，而建筑隔热技术不足加剧了能源消耗。基于此，团队提出利用天然硅藻土（Diatomite）和相变材料（Phase Change Material, PCM）协同优化混凝土的湿热性能（hygrothermal performance），目标是通过降低热传导与调节湿度，提升建筑能效与室内环境稳定性。

研究流程与方法

1. 材料制备与设计

   • 原材料：采用阿尔及利亚西格地区硅藻土（粉末与8/15mm骨料），替代传统砂石（0/4砂与8/15砾石），水泥来自Beni Saf工厂。
     
   • 混凝土配方：设计5种混合比例（OC、CD25、CD50、CD75、CD100，数字代表硅藻土替代率），CD100PCM额外添加12% PCM（石蜡基，熔点28.1°C）。
     
   • 实验设备：定制双层隔热舱（ZL-7918A控温控湿系统，精度±0.7°C/±1.3%RH），红外热像仪（Testo 890）记录数据。
     

2. 湿热性能实验

   • 条件设置：分两组湿度条件（35%与60% RH，恒温50°C），监测10小时内温度与湿度变化。
     
   • 结果采集：CD100在60%湿度下比OC降低表面温度6.5°C，热通量减少27%；CD100PCM进一步降低33%。
     

3. 数值模拟验证

   • 模型开发：基于有限元法（FEM）构建热湿耦合传输模型，模拟硅藻土-PCM复合材料的相变行为。
     
   • 验证精度：温度误差<±5%，湿度误差<±4.7%，与实验数据高度吻合。
     

4. 实际气候模拟

   • 场景应用：以阿尔及利亚Ghardaïa省极端气候（夏季22–44°C，湿度9–48%）为案例，验证CD100PCM墙体的温湿度调节能力。
     

主要结果
1. 硅藻土的隔热效应：
- CD100的导热系数（0.52 W·m⁻¹·K⁻¹）显著低于OC（1.58 W·m⁻¹·K⁻¹），孔隙结构有效阻隔热传导。
- 湿度调控方面，硅藻土吸湿性使CD100在60% RH下湿度波动比OC稳定50%。

1. PCM的协同增效：

   • PCM通过固-液相变储能，使CD100PCM在昼夜温差下维持室内温度波动°C，降低空调负荷。
     

2. 经济与环境价值：

   • 硅藻土作为本地资源降低成本，而PCM的长期节能可抵消其初期投资，符合可持续发展目标。
     

结论与价值
本研究证实硅藻土-PCM混凝土可显著提升建筑能效：
- 科学价值：揭示了多孔材料与PCM的协同热湿调控机制，为建筑材料设计提供新范式。
- 应用价值：适用于极端气候地区，如北非沙漠城市，降低建筑能耗达30%，助力碳中和目标。

研究亮点
1. 创新材料组合：首次系统研究硅藻土与PCM在混凝土中的复合应用，填补该领域空白。
2. 高精度模型：开发的FEM模型可推广至其他复合材料的热湿行为预测。
3. 全生命周期分析：结合本地化资源与可再生能源技术，推动绿色建筑工业化。

其他发现
- 硅藻土的轻质特性（密度1068 kg·m⁻³）可减轻建筑结构负荷，降低运输成本。
- 实验方法中，双舱设计避免了传统单舱实验的边界效应，数据更可靠。

（注：全文数据可应要求提供，详见原文参考文献[1-37]。）