相變儲能建筑材料的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)展分析

■趙宇晗 ■遼寧建筑職業(yè)學(xué)院，遼寧 遼陽 111000

隨著社會發(fā)展以及人們生活水平的提高，越來越重視建筑室內(nèi)環(huán)境舒適程度，但是，現(xiàn)階段，能源利用效率還不是很高，存在一定浪費問題。怎樣更加合理的存儲和利用能源，成為未來發(fā)展的重點。相變儲能建筑材料屬于新型建筑材料，具有一定的應(yīng)用前景。在建筑節(jié)能中應(yīng)用相變儲能材料，能夠達(dá)到降耗節(jié)能的目的。

1 相變儲能材料基本內(nèi)涵

1.1 相變儲能建筑材料

相變儲能材料實際上是溫度在一定范圍內(nèi)，利用建筑材料自身的結(jié)構(gòu)或者相態(tài)變化，來激發(fā)潛熱性能，在改變環(huán)境溫度的時候，從外部環(huán)境中釋放和存儲熱量，從而達(dá)到保溫作用熱功能復(fù)合材料，簡稱為PCM。通過這種材料的相變潛熱性能來達(dá)到利用和存儲能量的目的，對于研究和發(fā)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保材料具有很大作用，是近幾年和未來能源發(fā)展和利用方面的主要方向。

1.2 相變儲能建筑材料特點

依據(jù)存儲能量的特點可以分為兩種，儲熱材料和儲冷材料。依據(jù)存儲能量的方式可以分為三類:化學(xué)反應(yīng)儲能、顯熱儲能、潛熱儲能?；瘜W(xué)反應(yīng)儲能由于技術(shù)比較復(fù)雜，因此不是十分適用。顯熱儲能由于具有不停變化的自身溫度，因此，不能合理控制溫度，沒有很大的實際運用價值。但是，潛熱儲能不僅設(shè)計靈活、裝置簡單、使用方便以及體積比較小，還具有比較高的儲能密度，能夠充分降低對于建筑的需求，以便于能夠非常靈活的運用。所以，在上述儲能材料中，潛熱儲能擁有很大的發(fā)展空間和前景，同時也是最重要和應(yīng)用最廣泛的材料。

2 相變儲能建筑材料的應(yīng)用技術(shù)

2.1 相變蓄能圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料制作方法

在建筑施工中應(yīng)用相變材料，制作成相變儲能維護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括三種方法:第一，浸泡法。也就是說利用浸泡的方式在建筑基體中融入相變材料，例如，混凝土試塊、石膏墻板等，主要特點就是工藝比較簡單，方便于把傳統(tǒng)材料變?yōu)橄嘧儾牧?。第二，直接混合方式。也就是直接混合建筑材料和相變材料，例如，在半流動性硅石?xì)粉中加入相變材料，然后直接混入到建筑材料中，主要特點就是性質(zhì)均勻，工藝簡單，比較容易形成各種大小和形狀的結(jié)構(gòu)，以便于符合各種需求。第三，摻加能量微球法。也就是說利用納米復(fù)合技術(shù)或者微膠囊技術(shù)來把相變材料變?yōu)槟芰课⑶?，然后在建筑集體中加入能量微球，從而得到相變儲能材料。

(1)建筑保溫隔熱材料中的應(yīng)用相變儲能材料。依據(jù)相變材料的原理，可以把相變材料加入到保溫隔熱材料中，以此形成節(jié)能高效的建筑隔熱保溫材料。在1996 年的時候，德國萊比錫材料研究中心的人員在微膠囊中應(yīng)用相變材料，然后形成微囊型相變材料。在充分分析耐久性，有彈性、下輕質(zhì)纖維膜材料以及防震性能以后，需要在纖維膜材料中加入微膠囊相變材料，從而可以得到隔熱保溫建筑材料。經(jīng)過分析和研究以后可以發(fā)現(xiàn)，把40g 微膠囊相變材料加入到每平米膜材料以后，綜合保溫性能可以適當(dāng)?shù)脑黾铀谋蹲笥?在每平米加入90g 以后，能夠增加大約八倍的綜合保溫性能，所以，研究提出，在增加膜材料儲熱能力的時候，使用微膠囊相變材料，可以在一定程度上增加保溫性能，從而起到降低損耗、改變室內(nèi)建筑環(huán)境的目的。美國俄亥俄州戴頓大學(xué)在1999 年的時候，成功研制出固液共晶相變材料應(yīng)用到建筑保溫中，溫度在23.3℃左右?，F(xiàn)階段，我國武漢理工大學(xué)把少量相變材料運用到隔熱保溫材料中，以此來形成隔熱保溫圍護(hù)材料，運用到節(jié)能建筑外圍結(jié)構(gòu)上，這種相變材料的運用不僅可以改變材料熱穩(wěn)定性，增加儲熱能力以及增加熱惰性，還不會在一定程度上影響和改變粘結(jié)能力、強度以及耐久性。節(jié)能建筑中的高效節(jié)能材料對于隔熱性能和保溫性能具有一定要求，想要保障具有一定的儲熱能力和保溫性能的主要關(guān)鍵就是在研究中不斷找到雙重作用的經(jīng)濟、穩(wěn)定以及可行的平衡點，以此形成的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)能夠充分符合實際需求。

(2)相變儲能混凝土的應(yīng)用。在大體積混凝土中運用相變材料，能夠得到可以使用在大體積水工混凝土中的相變儲能混凝土。這種材料主要使用的就是等溫相變過程、儲能密度大的相變材料，基本基體為混凝土，加入相變材料的智能混凝土，研究能夠合理調(diào)節(jié)溫度功能的混凝土。在建筑節(jié)能中使用這種相變混凝土材料，相比較普通混凝土來說，具有不可比擬的熱容。相變材料應(yīng)用到水泥混凝土中，能夠在堿性環(huán)境中保持穩(wěn)定，不會在一定程度上影響耐久性，以此作為外墻體材料，不僅無需在混凝土內(nèi)部使用相應(yīng)的冷卻水管來降低溫度，還可以很大程度迅速降低混凝土內(nèi)部溫度，對于室內(nèi)穩(wěn)定溫度具有很大作用，可以適當(dāng)?shù)暮喕に嚭透淖儫崾孢m度，以便于能夠降低造價。

3 未來相變儲能材料發(fā)展方向

在以后發(fā)展的過程中，相變儲能材料還處于研究和發(fā)展階段，今后主要方向發(fā)展主要有:第一，進(jìn)一步選擇一些更具有環(huán)保價值的材料，例如能夠再生的衍生物和脂肪酸，發(fā)展鋼架可以適應(yīng)相變焓、相變溫度以及在能夠長期過程中具有穩(wěn)定化學(xué)性質(zhì)的材料，不斷改變導(dǎo)熱性。第二，發(fā)展強化換熱方法，不斷更改換熱器結(jié)構(gòu)，把不同相變溫度的材料布置在熱流導(dǎo)體流動方向。第三，分析相變材料的封裝材料和工藝，增加相變儲能材料的防火性、導(dǎo)熱性以及機械性能。可以適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合導(dǎo)熱系數(shù)比較高的復(fù)合材料，具有越高相變頻率，效果就越好。第四，分析實用性工程，模擬不同情況下墻體實際參數(shù)，計算出相應(yīng)的墻體儲熱效率，從而確保能夠得出不同墻體動態(tài)特性找到經(jīng)濟合理的材料和溫度，有效降低成本，逐漸實現(xiàn)工業(yè)化。

4 結(jié)束語

總而言之，隨著城市化進(jìn)程的加快以及全球經(jīng)濟一體化的發(fā)展，人們對環(huán)境提出了更高的要求，不僅需要物質(zhì)文化，還需要精神文化，保證具有一定舒適度。在建筑中最關(guān)鍵的就是技能技術(shù)，相變儲能材料應(yīng)用到建筑節(jié)能中，能夠起到很好的節(jié)能降耗作用，促進(jìn)社會的發(fā)展和進(jìn)步。

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