相变砂浆研究进展.docVIP

PAGE PAGE 9 摘要 相变储能砂浆是利用相变潜热特性储存热能的一种结构功能集成材料，具有蓄热能力强和放热温度稳定等优点。相变储能砂浆在太阳能建筑结构中的应用，可以明显提高太阳能利用效率，减少建筑能耗以及降低室内温度波动幅度，改善室内热环境质量，并且响应节能环保号召。本文总结了相变储能砂浆的传热原理以及制备方法，并对相变储能砂浆的综合性能进行概述，以及相变储能砂浆与传统砂浆的区别，对相变储能砂浆的发展前景进行了展望，相变储能砂浆的应用在建筑行业已经成为趋势。 关键词：相变储能砂浆；石蜡；多孔吸附；调温性能 绪论 近五年来，石油、煤炭等主要能源价格大幅度提高，能源供给需求形势不断恶化。当下能源短缺问题已成为制约全球经济发展的关键问题之一。不仅，中国是一个发展中国家，不仅人口众多，而且人均能源资源相对而言比较贫乏。正因为如此，我国建筑能耗也引起了足够的重视[1]。 为了解决能源短缺和新型建筑节能材料开发的问题，国内外学者在实验和实践中通过各种手段和技术提高化石能源的利用效率和节能研究。相变储能技术在建筑中的应用是一种有效的技术手段。相变材料在建筑中的应用，一般是与建筑砂浆相结合，制备结构功能一体[2]. 1.1相变储能砂浆概述 相变储能砂浆作为一种新型节能建筑材料，能够增大能源利用率，并且利用相变储能材料的特性，实现对建筑室内温度调节，可以明显的改善室内温度条件，提高室内舒适度，同时节约了在建筑结构中对电能等能源的消耗，并且更加节能环保[3]。 相变储能砂浆作用机理，当白天温度很高时，吸收的热量通过围护结构传递时，相变储能砂浆中的相变材料就会发生相变，吸收热量，将热量储蓄在建筑围护结构中，这样就会减弱传入室内的热量，降低室内温度的波动幅度；当夜晚室内温度相对较低时，相变储能砂浆中的相变材料就会发生相变，储蓄在建筑围护结构中热量就会释放出来，这样室内温度就会保持在一个相对稳定的温度范围内，不会发生大的温度波动幅度[4]。 1.2国内外发展现状 美国对相变储能材料的研究起步已久。现今第一幢由相变材料制成的被动式太阳房是由美国麻省理工学院的Maria telkes[5]博士建立的。他长期研究无机相变材料，特别是水合盐。美国佛罗里达理工大学的Rudd以脂肪酸、短链酸、短链酸和甲基脂肪的混合物为相变材料，以石膏板为基材，采用直接浸渍法制作了相变储能墙板。用DSC测试了相变储能墙板样品的热物性，建立了普通墙板和相变储能墙板的结构，比较了两种试验室的热物性能。实验结果表明，当温度变化超过11.1℃时，相变储能墙板的蓄热能力是普通墙板的2.1倍[6]。 美国管道系统公司采用氯化钙作为相变材料制作蓄热管，用于收受接管工业生产中的余热和储蓄太阳能。该公司的研究表明，100根长15厘米、直径9厘米的聚乙烯储热管可以提供一个家庭所有房间供暖所需的热量[7]。同时，相变储能墙板的蓄热能力是普通墙板的2.1倍[8]。美国的管道系统公司利用氯化钙作为相变材料，制成了蓄热管，用于吸收工业生产中的余热，储存太阳能。公司的研究表明，当聚乙烯蓄热管达到一定数量的情况下，可以提供一个家庭所有房间供暖所需的热量[9]。 法国的Zakaria llyes Djamai等[10]研究水泥砂浆中包裹相变材料效应的多物理分析，对几种不同量的PCM（5%、10%和15?%）改性砂浆进行了力学试验等一系列实验，包括热物性分析（热重分析和半绝热量热法）、微观结构分析（X射线断层扫描、压汞法）结果表明，PCM砂浆复合材料力学性能的下降，不仅是由于PCM夹杂较弱，而且由于复合材料水化程度的降低，导致了材料孔隙结构的特殊演变。 日本对相变储能材料也做了大量的研究，但主要的集中在无机相变材料上。三菱电子公司和东京电力公司早在上个世纪70年代就以及实施合作项目，研制了可用于制冷系统和空间供暖系统的相变储能材料。他们对结晶水合盐、氟化物、磷酸盐和氯化钙进行了很长一段时间的研究。近几年来，日本陆续申请了大量相变储能材料专利技术，如:以含水硫酸钠、十水合碳酸钠、三水醋酸钠作相变储能材料，硼砂为过冷抑制剂，交联聚丙烯酸钠为相分离抑制剂，制备了一种相变温度为20摄氏度的用于园艺温室保温的相变储能材料[11]。 1.3国内发展现状 我国对PCM（相变储能材料）的研究起步较晚，对PCM的理论和应用研究还比较薄弱。与已经进入实际应用阶段的西方发达国家相比，特别是与美国等国家相比，差距依然明显。但近年来，PCM已成为研究人员的一个主要研究目标，获得了巨大的进步，并在理论和应用上取得了许多可喜可贺的成果。 张东等人[12]同济大学以石蜡、脂肪酸、脂肪酸衍生物等有机相变材料为相变储能材料，膨胀珍珠岩、膨胀粘土、粉煤灰等多孔材料为载体材料，采用真空减压吸附法将有机相变材料吸附成多孔材料制备颗粒相变复