相变调温建筑材料技术探析及应用前景.docVIP

相变调温建筑材料技术探析及应用前景摘要:随着人们节能和环保意识的增强,建筑节能日益受到关注。相变调温建筑材料的推广应用可以减少建筑能耗,达到节能的目的。目前国内应用于建筑的相变调温材料尚处于研究和试用阶段,随着对建筑节能问题的日益重视,相变储能建筑材料必将在生态建筑领域具有广阔前景。 关键词:相变材料;建筑材料;技术应用;展望 复合到建筑材料中的相变材料(PCM)在其转化温度下发生相变,可以吸收环境的热量,并在低于转化温度时向外释放热量,相变材料的转化过程在其转变温度下进行。利用PCM相变潜热大,相变时温度恒定的特性,可以将其置于混凝土中制成具有温度自动控制和自动调节的特征性智能混凝土。 一、相变建筑材料的优点 相变调温建筑材料具有以下优点: (1)相变潜热大,相变时温度基本恒定,具有温度自动调节能力。相变调温建筑材料可以增强建筑的蓄热能力,储存太阳能,降低夏季室内最高温度,提高冬季室内最低温度;减小室内空气温度波动,较长时间保持所需温度,提高人体舒适度。 (2)相变调温可以转移高峰用电负荷,在电力上削峰填谷,缓解建筑物的能量供求在时间和强度上不匹配的矛盾,调温系统的发展是解决电力供需时间问题的方法之一,掺加相变材料的建筑可以将居民空调用电从峰期转移到谷期,这样峰期供电系统的投资减小,电能消费者的费用也可以降低。 (3)减少建筑耗能对环境的负面影响,在建筑节能领域提供利用自然能源的新方式。相变材料及相变储能在建筑节能中的应用,不但可以有效降低建筑能耗,同时也为太阳能等低成本清洁能源在供暖空调系统中的应用创造了条件。 (4)相变调温建筑材料可以减小外墙厚度,从而达到减轻建筑物自重,节约建筑材料的目的。此外,相变调温材料可以吸收部分大体积混凝土水化所放出的热,减小混凝土结构内部的温差应力,达到控制温度裂缝的效果。 二、相变建筑材料的种类选择 建筑用相变调温材料要考虑以下几点:较高的储热能力,合适的相变温度,吸放热时温度变化和体积变化尽可能小,可逆性好,无毒无腐蚀,制作原料廉价易得,易于操作。理想的PCM材料还应具有较高的热导率,尽可能小的离析或过冷。能够同时满足上述条件的相变材料几乎没有实际应用中,主要依据潜热和相变温度选择合适的相变材料,再采取适当的措施改善其它性能。目前研究较多的相变材料可分为三类:无机水合盐类相变材料,有机相变材料和复合相变材料。 无机相变材料主要是碱及碱土金属的卤化物、硝酸盐,磷酸盐,碳酸盐及醋酸等。这类相交材料相变潜热大、导热系数高、相变时体积变化小、价格低廉,但由于它们的结晶水模数在相变中有变化,使得相变的可逆性变差、而且存在一些如过冷问题严重、易分层、腐蚀性强等缺点,妨碍了在建筑领域中的应用。 有机相变材料通常是一些醇、酸、高级烷烃等。这些材料具有合适的相变温度和较高的潜热并且无毒、无腐蚀性、无过冷、无分层等问题,稳定性强,相变过程可逆性好,适合在建筑领域中应用。用作固液相变的有机物由于官能团不同,因此它们在性质上相差很大。缺点是导热性差、价格高,有些材料在高温或强氧化剂存在时会燃烧、分解等,因此要加以选择,以确保安全。 (1)相变储能石膏板 Feldman等通过2种方法制作相变储能石膏板。第1种方法是将普通石膏板浸泡在相变材料溶液中得到。第2种方法是在制作石膏板的过程中,加入PCM。Feldman还通过DSC分析比较了这2种方法,结果为前者得到的石膏板里层和外层含的PCM量不均匀,后者则分布均匀。 日本的Takeshi Kondo等则将PCM压入交联聚乙烯中制成PCM小球。然后再把这种PCM小球加到其它多孔材科,如石膏板中。从而得到具有储热能力的PCM石膏板。 (2)相变储能混凝土 Day chahroudi在20世纪70年代就对PCM混凝土进行了研究。Hawes等对蓄热混凝土作了广泛深入的研究。M.Hadjieva等人用DSC测试了无机水合盐混凝土体的蓄热能力。此外,他们还用红外光谱分析了无机水合盐混凝土体系的结构稳定性。张东等也对相变调温混凝土进行了制备和分析研究。 (3)其它相变储能建筑材料 姜夷等采用化学方法,对固―液相变高分子材料进行改造。在低熔点物质与骨架材料间引入化学键,使其具有固―固相变性质。可克服用物理方法制造的高分子相变材料使用寿命短、易老化的缺点。所得相变材料在相变温度以下时,材料中对相变有贡献的成分―聚乙二醇支链处于结晶状态,材料表现为白色不透明、非常坚硬的固体。 三、研究与建议 相变调温建筑材料储存技术存在的问题,包括相变物质的泄漏问题、封装的耐久性问题和相变过程的换热效率问题等。相变物质如果从金属或塑料容器中泄漏出来,会造成储能功能劣化和环境污染等