随着全球经济高速发展,化石能源消耗日益增多,严重增加了全球二氧化碳排放量,对生态环境构成了严重威胁。如何有效控制二氧化碳排放,减缓全球变暖进程,已经引起了世界各国的高度重视和关注,探索绿色、可持续再生能源的高效存储转换技术,降低能源消耗已成为实现低碳目标的重要途径之一。作为一种典型的热能储存技术,相变材料在相变过程中吸收或释放大量潜热,且自身温度基本保持不变。因而,把相变材料和建筑材料（如水泥等）进行集成,构造相变储能复合材料,实现建筑内部温度自主调控,减少制冷、供暖过程中的建筑能耗,在低碳建筑设计领域具有较好的应用前景。然而,相变材料在相变过程中存在液相易渗漏、侵蚀建筑材料等问题;同时,相变材料的导热系数较低,导致相变过程耗时较长,严重影响热能储存和释放效率,不利于实现建筑内部温度的高效调控。为此,本文以水泥基相变复合材料为研究对象,从传热学、力学、计算数学、材料学等学科交叉融合的角度,采用从相变材料球形颗粒封装到相变复合材料制备的逐步深入的研究策略,最终建立相变复合材料设计、制备和表征的方法和技术体系,为相变复合材料及绿色建筑构件的设计和应用奠定理论基础,满足低碳建筑设计工程需求。主要工作包括以下几个方面:1.建立了考虑自然对流效应的球形相变颗粒传热模型。球形相变颗粒作为复合材料的基本储能单元,其传热机理显著影响复合材料的性能,因此本文设计了球形石蜡颗粒的融化实验,观测了石蜡的融化进程、固-液相变界面的形状变化和温度变化,验证了对应的球形石蜡颗粒的相变传热计算模型。然后,基于此计算模型,详细讨论了液相的自然对流效应,分析了自然对流对相变界面的影响规律和对相变融化的促进作用,明晰了自然对流的尺度效应,揭示了不同颗粒半径、不同加热温度条件下石蜡的相变规律。最后,根据自然对流的尺度效应规律,提出了一种含颗粒半径和加热温度的动态导热系数公式,把球形颗粒内自然对流效应折算进石蜡的导热系数,从而将复杂的相变过程简化为纯导热控制的相变过程,为含大量相变颗粒的复合材料系统的高效分析奠定了理论基础。2.标定了集成大量球形相变颗粒的水泥基复合材料的等效导热系数。等效导热系数是评价复合材料导热能力的一个重要参数。为此,论文制备了集成金属球形相变颗粒的水泥基复合材料,采用瞬态热源法测试了不同颗粒体积含量下的复合材料的导热系数。同时,构建了含随机分布相变颗粒、满足周期性条件的复合材料微结构模型,揭示了相变颗粒对复合材料内部温度场和热流分布的影响规律,明晰了复合材料内部热量传热路径,并和实验结果进行了对比,验证了计算模型。最后,推导了三相复合材料等效导热系数的广义自洽理论公式,从理论和计算两方面讨论了微结构参数对复合材料导热性能的影响规律。3.开展了含大量球形相变颗粒的水泥基复合材料的储能控温研究。复合材料的等效导热系数仅反映材料的导热能力,不能反映材料的动态储能性能。为此,论文搭建了水泥基相变复合材料的储热性能测试平台,测量了单面恒温加热条件下复合材料外表面的温度和热流分布规律。然后基于相变材料动态导热系数公式建立了复合材料动态传热储能模型,分析了复合材料内部和表面的热能传输规律,并和实验结果进行了对比,验证了计算模型。最后,利用计算模型详细分析了相变颗粒掺量等微结构参数对复合相变材料传热特性、储热能力和控温效果的影响,获得了计算模型内侧外表面的温度变化规律,加深了对相变复合材料温度调控能力的理解。4.研究了辐射加热条件下的相变复合水泥墙板的传热特性。恒温加热条件设定和建筑结构的实际服役环境并不完全一致,为此论文设计和搭建了辐射加热条件下相变复合水泥墙板的测试平台,测量了辐射加热条件下复合墙板表面的热流和温度变化,并基于相变材料动态导热系数公式建立了对应的复合墙板计算模型,研究了辐射加热条件下复合墙板的传热特性和储能机制,明晰了辐射加热对复合墙板控温能力的影响。