定形相變材料在建筑節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用

(江西理工大學(xué)建筑與測(cè)繪工程學(xué)院 江西 贛州 341000)

一、定形相變材料的封裝技術(shù)分類

定形相變材料的封裝技術(shù)分成多孔材料吸附法、微膠囊法和浸泡法。

(一)多孔材料吸附法

多孔材料具有比表面積大的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)微結(jié)構(gòu)毛細(xì)作用，以多孔材料為基體可以吸附大量的相變材料。方曉明[1]等將膨潤(rùn)土與硬脂酸用液相插層法復(fù)合，用XRD分析了硬脂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)34%的有機(jī)膨潤(rùn)土，發(fā)現(xiàn)制備的定形相變材料的圖譜與兩種原材料的圖譜明顯不同，這是因?yàn)榕驖?rùn)土的納米層間有有硬脂酸分子填入，因而生成了新型的材料。用DSC分析了定形相變材料，發(fā)現(xiàn)相變溫度與硬脂酸的相近，相變潛熱數(shù)值與硬脂酸相變潛熱的百分比數(shù)值一樣接近，經(jīng)過(guò)500次熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)后其性能良好。趙思勰[2]等采用直接吸附法將膨脹珍珠巖與石蠟復(fù)合在一起，通過(guò)FT-IR分析、SEM分析、DSC分析等對(duì)定形相變材料進(jìn)行研究，結(jié)果表明石蠟很好的填充與膨脹珍珠巖的微孔內(nèi)，膨脹珍珠巖最多可吸附66.6%的石蠟，DSC測(cè)得定形相變材料的相變溫度和相變潛熱分別為57.1℃和133J/g，F(xiàn)T-IR圖譜可知兩者之間的結(jié)合只是物理相嵌，無(wú)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，TG測(cè)試可知其熱穩(wěn)定性良好。

(二)微膠囊法

微膠囊法就是利用特定方法，用1-1000μm的微膠囊封裝相變材料，其與墻體的接觸面積大，導(dǎo)熱系數(shù)大，泄漏小，但是制備技術(shù)要求較高。張毅[3]等利用原位聚合法，改變非離子和陰離子乳化劑制備了用三聚氰胺-甲醛樹脂為微膠囊包裹正十八烷的微膠囊相變材料，用FT-IR分析、SEM分析、DSC分析和激光粒度分析儀確定乳化劑與微膠囊形態(tài)和其潛熱的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)利用非離子和陰離子復(fù)合乳化劑時(shí)，微膠囊相變材料的團(tuán)聚現(xiàn)象有效減少，顆粒減小到0.1-1μm之間，相變潛熱提升至70.86J/g。尚建麗[4]等利用界面聚合法以聚脲和聚氨酯制備微膠囊包裹石蠟，并制備了單雙層壁材的微膠囊，用DSC分析和TG分析對(duì)單雙層膠囊進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)與單層膠囊對(duì)比，雙層膠囊合成過(guò)程反應(yīng)更充分，產(chǎn)率更高，DSC分析測(cè)得相變溫度和潛熱分別為19.2℃和79.9J/g。

(三)浸泡法

浸泡法就是當(dāng)相變材料變成液體時(shí)，再建筑材料放入其中浸漬，制作流程簡(jiǎn)單，但是也會(huì)有泄漏和易腐蝕等現(xiàn)象發(fā)生。陳培海[5]等選用真空浸泡法，用凹凸棒作吸附材料，將正十八烷吸附進(jìn)凹凸棒的微孔中形成定形相變材料。通過(guò)SEM分析和DSC分析，SEM分析得出正十八烷/凹凸棒材料結(jié)構(gòu)有比表面積大的優(yōu)點(diǎn)，DSC測(cè)試20次熱穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)后測(cè)試后正十八烷/凹凸棒材料的相變溫度以及潛熱下降不大，其熱穩(wěn)定性滿足工程要求。王亞[6]等以選用真空浸泡法，用自制三維網(wǎng)狀石墨烯作吸附載體吸附棕櫚酸，通過(guò)增加M系列石墨烯納米片占比至8%，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.634W/(m·K)，比棕櫚酸導(dǎo)熱系數(shù)大3.2倍。

二、相變材料在建筑節(jié)能領(lǐng)域中的應(yīng)用

建筑物在白天和晚上、夏季和冬季，電力的消耗量有很大的變化。由于這種變化，能源使用成本在高峰期和低谷期有所不同。利用相變材料在白天儲(chǔ)存能量，在夜間放出熱量的原理，將其運(yùn)用于建筑材料中，可實(shí)現(xiàn)減小室內(nèi)溫度波動(dòng)、提高人體舒適度、降低建筑結(jié)構(gòu)能耗、減少能源使用成本的效果。張巨松等[7]研究發(fā)現(xiàn)飽和脂肪酸/膨脹珍珠巖/骨膠復(fù)合相變砂漿的相變溫度比常規(guī)砂漿降低了4.7℃，比熱容是常規(guī)砂漿2倍，溫度波動(dòng)遠(yuǎn)小于常規(guī)砂漿，說(shuō)明復(fù)合砂漿的溫度調(diào)節(jié)性能較好。錢利姣等[8]利用控溫模擬實(shí)驗(yàn)研究了月桂酸-肉豆蔻酸/膨脹珍珠巖相變砂漿板的熱性能。模擬結(jié)果顯示，與普通砂漿板相比，復(fù)合板有較好的溫度調(diào)節(jié)效果，當(dāng)LA-MA摻入量變大時(shí)，溫度調(diào)節(jié)效果越好。同樣，黃婷[9]對(duì)癸酸-月桂酸、癸酸-硬脂酸和月桂酸-硬脂酸復(fù)合膨脹珍珠巖三類相變房屋和普通房屋進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)它的室內(nèi)溫度波動(dòng)不大，外墻內(nèi)壁與常規(guī)墻體內(nèi)壁的溫度相差最大2.5℃，說(shuō)明新型房屋儲(chǔ)熱能力良好。此外，張毅等[10]分析了月桂酸-癸酸/硅藻土相變儲(chǔ)熱石膏板,發(fā)現(xiàn)相變儲(chǔ)熱石膏板的比熱容比常規(guī)石膏板更大,板材內(nèi)部溫度升降溫速率更慢，說(shuō)明它的溫度調(diào)節(jié)強(qiáng)，有較好的保溫蓄熱性能,適合做輕質(zhì)保溫蓄熱建筑材料。鄧安仲等[11]對(duì)癸酸/SiO2復(fù)合墻體進(jìn)行了隔熱控溫試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)復(fù)合墻體可以通過(guò)外環(huán)境溫度差蓄放熱。

三、結(jié)束語(yǔ)

將相變技術(shù)應(yīng)用于建筑節(jié)能領(lǐng)域，對(duì)于能源的節(jié)省和提高建筑室內(nèi)熱舒適度意義重大?，F(xiàn)今在相變材料在建筑中應(yīng)用還存在諸如相變材料泄漏率太高、相變材料與圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)差等問(wèn)題，在今后的研究可以從這方面著手解決