相變儲能材料及其在綠色建材領(lǐng)域的運用

賀金龍

摘?要：在社會生產(chǎn)中所消耗的能源量逐漸增大，致使我國的能源問題日益加劇。為了改善上述問題，應(yīng)積極探索提升能源利用率的方法，相變儲能材料就是在此基礎(chǔ)上被研發(fā)的新型環(huán)保材料，具有節(jié)能環(huán)保的特性，在實際應(yīng)用中可以借助物相變化的反應(yīng)，從周邊環(huán)境中吸取一定的熱能，并且在特定的時間進行熱量釋放，可以有效起到調(diào)節(jié)環(huán)境溫度的作用。下文就對其在建材領(lǐng)域中的應(yīng)用展開探討，旨在對建筑空間內(nèi)的余熱和太陽能能源進行合理利用，提升建筑工程的節(jié)能效益。

關(guān)鍵詞：相變儲能材料;儲能特點;綠色建材領(lǐng)域

能源問題已經(jīng)成為現(xiàn)階段制約我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵性問題，在社會生產(chǎn)和建筑施工中的能源消耗量相對較大，對能源問題造成的影響不可忽視，迫切需要找出正確的能源利用方法，降低能源損耗，提升能源利用率。而相變儲能材料在建筑施工中的應(yīng)用可以有效改善能源使用問題，借助材料的儲能性能，實現(xiàn)對環(huán)境能源的儲存與應(yīng)用，可在很大程度上降低空調(diào)和取暖器的使用量，從而降低建筑能源消耗，對于改善我國的能源問題具有積極意義。

一、相變材料的儲能機理分析

實際上相變儲材料利用的過程，就是從周邊環(huán)境中吸取熱量和釋放熱量的過程，其吸熱和放熱的過程會受到周邊環(huán)境溫度變化的影響，即環(huán)境溫度超出自身材料溫度時會進行吸熱操作，而當(dāng)環(huán)境溫度低于材料溫度時，則會進行放熱操作，這也是其在空間溫度調(diào)節(jié)中發(fā)揮作用的重要表現(xiàn)。相變儲熱材料根據(jù)成分的不同，可以被細分為無機、有機和混合三個類型，從熱能的儲存層面來講，分為潛熱、顯熱和化學(xué)儲能;從溫度層面來講，分為低溫、中溫和高溫儲能;從物理層面來講，其狀態(tài)表現(xiàn)為固-固、固-液、液-氣和固-氣幾種。其中的固-液材料是現(xiàn)階段較為常用的相變材料，而其他類型的材料因在發(fā)生相變反應(yīng)時的體積變化幅度相對較大，不適宜在建材領(lǐng)域應(yīng)用。

二、相變儲能材料的制備

（一）聚合物定型材料的制備

利用具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子聚合物與相變材料熔融共混，將相變材料包覆起來，形成聚合物定型相變儲能材料。Liu等以低熔點石蠟為工作物質(zhì)，嘗試以PS、PP和PE作支撐材料，通過熔融混合制備了3種聚合物定型相變儲能材料。該研究指出石蠟經(jīng)聚烯烴包覆之后，相變溫度有所降低，而相變焓有所提高。

（二）微膠囊定型材料的制備

微膠囊定型相變儲能材料是指利用微膠囊封裝相變材料。將相變材料制成細小顆粒后，利用界面聚合法、原位聚合法等將球狀顆粒包裹在膠囊內(nèi)，以保證相變材料的穩(wěn)定性，防止固-液相變發(fā)生泄漏。胡大為等人用環(huán)氧樹脂作外殼材料，將液體石蠟與固體石蠟混合制成適合常溫的復(fù)合相變材料，并將水均勻分散其中，添加適量表面改性劑，制備含水型環(huán)氧樹脂基相變微膠囊。其相變過程中無泄漏、開裂等現(xiàn)象產(chǎn)生，綜合性能好。

三、相變儲能材料在綠色建材領(lǐng)域中的運用

利用相變類材料進行節(jié)能建材的制作，在實際使用中可以良好的利用空間余熱和太陽能，實現(xiàn)對能源的合理利用，并且有助于調(diào)節(jié)空間溫度，在不借助空調(diào)類調(diào)溫設(shè)備的情況下，為人們營造舒適的居住空間。從現(xiàn)階段的應(yīng)用狀況來看，多被應(yīng)用到墻板、地板和門窗等建材的制造中，所形成的復(fù)合型材料可以發(fā)揮良好的節(jié)能環(huán)保作用。

（一）在墻板材料中的應(yīng)用

相關(guān)學(xué)者將石膏板、混凝土板和木質(zhì)水泥材料作為墻體和地板的主體制作材料，并對其溫度機理進行分析。為了探究相變材料的儲能作用和溫度調(diào)節(jié)作用，在石膏板和聚氯乙烯板中添加了適當(dāng)?shù)南嘧儾牧?，并且對添加量不同的石膏板和聚氯乙烯板的溫度變化量進行了對比研究。結(jié)果顯示，當(dāng)相變材料的添加量為35%時，建筑材料的溫度調(diào)節(jié)效果最佳。此外，也有學(xué)者對含有P cm的石膏灰泥材料進行溫度變化值研究，通過兩年左右的觀察與對比研究得出，微膠囊化的P cm灰泥應(yīng)用在建材中，可使室內(nèi)溫度的變化幅度處于2.76℃左右，相對來說，室內(nèi)溫度較為穩(wěn)定，舒適度也較好。

（二）在地板材料中的應(yīng)用

對于相變儲能材料在地板材料中的應(yīng)用表現(xiàn)出了突出的應(yīng)用優(yōu)勢，已經(jīng)實現(xiàn)了對高蓄熱底板采暖系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。其主要是由保溫層、加熱層和能量小球共同組成，在對該類材料進行加工時，有效減小了地板材料的厚度，在裝飾裝修的過程中，可以在其表面鋪設(shè)瓷磚和地毯等裝飾物。澳大利亞的TEAP公司所研發(fā)的15種產(chǎn)品已經(jīng)被成功應(yīng)用到建材領(lǐng)域、冷藏和廢熱回收領(lǐng)域中，發(fā)揮出了良好的應(yīng)用效果。

（三）在玻璃窗中的應(yīng)用

以相變材料為主的玻璃窗屬于新型節(jié)能環(huán)保材料的一種，在建筑施工中的應(yīng)用表現(xiàn)出了較好的調(diào)溫效果。相關(guān)研究顯示，同種溫度環(huán)境下，相變類玻璃窗的熱傳遞量相對較少，相對應(yīng)的在高溫天氣下，相變類玻璃窗可以阻隔更多的熱量，降低室內(nèi)溫度，營造更為舒適的居住空間。在對以十水硫酸鈉為主的相變材料進行研究時，可以得出，在玻璃窗中的應(yīng)用，夏季極端的保溫效果較高，能夠發(fā)揮良好的控溫作用，而在冬季時，控溫作用并不突出，但與普通玻璃材料相比，年耗能量可降低40%左右，可見其在建材領(lǐng)域中應(yīng)用具有突出的節(jié)能優(yōu)勢。

四、結(jié)語

相變儲能材料的研發(fā)與應(yīng)用為建筑節(jié)能創(chuàng)造了良好的條件，在相關(guān)學(xué)者的不懈努力下，已經(jīng)生產(chǎn)出了多種節(jié)能性能良好的建筑材料，其中以墻板材料、地板材料和門窗材料為主。文中對相變儲能材料在上述建材中的應(yīng)用與研究進展進行了闡述，希望引起更多施工單位的重視，加大對相變材料的使用力度，從根本上控制建筑能源消耗，提升建筑物的節(jié)能性能。當(dāng)前，已有學(xué)者展開了對相變材料與木塑材料的融合應(yīng)用研究，在現(xiàn)階段的室內(nèi)裝飾中，木質(zhì)材料的應(yīng)用率較大，如果能夠?qū)崿F(xiàn)對其的有效研發(fā)與應(yīng)用，必定能更好的發(fā)揮相變材料的儲能性能。

參考文獻：

[1]張建武，朱建平，宋纖纖.相變儲能材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用[J].化工新型材料，2013，41（10）：153-155.

[2]沈澄，徐玲玲，李文浩.相變儲能材料在建筑節(jié)能領(lǐng)域的研究進展[J].材料導(dǎo)報，2015，29（5）：100-104.