建筑節(jié)能用復(fù)合相變蓄熱材料制備及其性能研究

田 強(qiáng)，王桂珍

（山東省聊城市建設(shè)工程質(zhì)量服務(wù)中心，山東聊城252000）

就國內(nèi)外相關(guān)研究，孫婉純等學(xué)者指出相變儲(chǔ)熱單元可減小室內(nèi)溫度波動(dòng)，提升室內(nèi)環(huán)境熱舒適性，降低建筑能耗；陳超等學(xué)者提出了新型相變儲(chǔ)能墻板，發(fā)現(xiàn)普通房間的北墻內(nèi)表面利用PCM可有效提升室內(nèi)熱舒適性，可提升太陽輻射利用率，若選擇合適PCM，供暖季節(jié)節(jié)能率高達(dá)17%以上；王慧儒等學(xué)者基于變分原理，推算出了組合式相變最佳融化溫度表達(dá)式，探究了相變材料對(duì)于耗散熱阻與蓄熱性能的影響作用，為組合式相變材料選擇、流動(dòng)、結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)奠定了理論依據(jù)[1]。在此基礎(chǔ)上，本文針對(duì)以石墨改善熔融鹽導(dǎo)熱性能，基于熔融鹽與石墨制備了建筑節(jié)能用復(fù)合相變蓄熱材料。

1 建筑節(jié)能用復(fù)合相變蓄熱材料制備

1.1 材料制備

以電子天平稱取53.54g KNO3與45.63g NaNO3，放在干凈容器內(nèi)，并把容器放置于自動(dòng)攪拌器[2]，通過1680r/min速度混合攪拌，然后加熱至熔融狀態(tài)，再冷卻結(jié)晶，以獲取相變蓄熱材料NaNO3-KNO3。再稱取1g膨脹石墨，在攪拌方式下與相變蓄熱材料充分混合[3]，加熱至600℃，完全熔融，然后冷卻于室溫狀態(tài)，從而獲取復(fù)合相變蓄熱材料NaNO3-KNO3/1%EG。

1.2 測試方法

以掃描電子顯微鏡為性能測試設(shè)備。掃描電子顯微鏡測試基于不同倍率的相變蓄熱材料與復(fù)合相變蓄熱材料SEM圖像[6]，通過圖像可由微觀結(jié)構(gòu)對(duì)膨脹石墨在復(fù)合相變蓄熱材料傳熱性能中的影響進(jìn)行詳細(xì)分析。

2 建筑節(jié)能用復(fù)合相變蓄熱材料性能

以掃描電子顯微鏡放大相變蓄熱材料NaNO3-KNO3，以獲取不同SEM圖像[7]，具體如圖1所示。

圖1 復(fù)合相變蓄熱材料NaNO3-KNO3的SEM圖像Fig.1 SEM images of NaNO3-KNO3 composite phase change heat storage material

由圖1(a)可以看出，相變蓄熱材料NaNO3-KNO3放大到1×103倍之后，其中不同粒子則表現(xiàn)為塊狀與餅狀，彼此間幾何尺寸差異顯著，且局部粒子之間有所粘連[8]，而其他粒子之間則保持著間距。KNO3粒子形狀主要為塊狀和餅狀，相對(duì)分散；NaNO3粒子主要為大塊狀，彼此粘連。由圖1(b)～(e)可以發(fā)現(xiàn)，在放大倍數(shù)逐步增加的趨勢下，相變蓄熱材料NaNO3-KNO3 SEM圖像逐漸清晰，可以看到材料表面十分平滑整潔，且粘連了顆粒狀聚集體；由圖1(f)可以得知，材料結(jié)構(gòu)比較松散，處于相對(duì)完整的平面，散布了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的絮狀物，即NaNO3，而KNO3明顯分層，使得太過分散的NaNO3晶體很容易分散為更加微小的晶體聚集體，但是KNO3晶體由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，難以分散，所以NaNO3晶體粘附在KNO3晶體表層。

通過掃描電子顯微鏡放大復(fù)合相變蓄熱材料NaNO3-KNO3/1%EG，以獲取不同SEM圖像[9]，具體如圖2所示。

圖2 復(fù)合變相蓄熱材料NaNO3-KNO3/1%EG的SEM圖像Fig.2 SEM images of NaNO3-KNO3/1%EG composite phase heat storage material

由圖2(a)可以發(fā)現(xiàn)，復(fù)合相變蓄熱材料NaNO3-KNO3/1%EG與相變蓄熱材料NaNO3-KNO3的粒子形狀基本一致，但是圖2(a)中可以發(fā)現(xiàn)微小石墨顆粒；由圖2(a)～(d)可以看出，在放大倍數(shù)逐步增加形勢下，復(fù)合相變蓄熱材料NaNO3-KNO3/1%EG SEM的圖像逐漸清晰，且表面光滑平整，可隱隱看到石墨顆粒分布狀態(tài)，尤其是放大2×104倍的情況下，可清晰看到石墨顆粒均勻分布于復(fù)合相變蓄熱材料NaNO3-KNO3/1%EG表層；由圖2(e)可清晰看到，光滑粒子表層存在一些裂縫；由圖2(f)可以得知，NaNO3晶體存在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而KNO3晶體存在明顯分層，受石墨顆粒影響，復(fù)合相變蓄熱材料NaNO3-KNO3/1%EG結(jié)構(gòu)十分緊密，石墨顆粒和熔融鹽可充分混合。

基于前文進(jìn)行分析，石墨可強(qiáng)化相變蓄熱材料NaNO3-KNO3導(dǎo)熱性能，但是由于膨脹石墨與相變蓄熱材料NaNO3-KNO3通過物理形式充分混合[10]，所以膨脹石墨對(duì)于材料NaNO3-KNO3相變溫度所造成的影響非常小。

3 結(jié)論

本文針對(duì)建筑節(jié)能用材料，制備了復(fù)合相變蓄熱材料NaNO3-KNO3/EG，并基于掃描電子顯微鏡測試了相變蓄熱材料NaNO3-KNO3與復(fù)合相變蓄熱材料NaNO3-KNO3/1%EG性能，并就SEM圖像分析了材料微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，基于石墨為添加劑，可顯著提升復(fù)合相變蓄熱材料傳熱效率；石墨可強(qiáng)化相變蓄熱材料NaNO3-KNO3導(dǎo)熱性能，但由于膨脹石墨與相變蓄熱材料以物理形式充分混合，所以膨脹石墨對(duì)于材料相變溫度所造成的影響非常小。