日光溫室用無機復(fù)合相變材料的制備及應(yīng)用研究

鮑玲玲，侯倩倩，王凱峰，蔣自鵬

（1.河北工程大學，河北邯鄲 056038；2.北京工業(yè)大學）

當前日光溫室普遍存在中午太陽輻射強度高時要借以通風降低溫室內(nèi)溫度，寒冷夜間時依靠煤、電等傳統(tǒng)加溫手段進行提溫的現(xiàn)象，未能充分利用太陽能，造成能源的大量流失和浪費。

相變材料是通過自身物理狀態(tài)變化來吸收或釋放能量以實現(xiàn)溫度控制的功能材料，已成功應(yīng)用于制冷系統(tǒng)［1-4］、電力系統(tǒng)［5-6］、太陽能儲能［7-9］和余熱回收［10］等領(lǐng)域。將相變材料應(yīng)用在日光溫室中可以有效提高太陽能利用率，對溫室溫度起到“削峰填谷”的作用。目前，關(guān)于相變材料在日光溫室中的應(yīng)用，相關(guān)學者做了大量研究，主要區(qū)別于所用相變材料的種類及相變材料與溫室結(jié)構(gòu)的結(jié)合方式，其中所用到的相變材料主要是石蠟、脂肪酸、水合鹽及其復(fù)合物等，通常將相變材料與建筑材料通過直混法、浸沒法和封裝法等方式進行結(jié)合，再引入溫室結(jié)構(gòu)中。

有機相變材料性能穩(wěn)定，王宏麗課題組［11-13］制備了硬脂酸正丁酯和石蠟質(zhì)量比為5∶5的復(fù)合相變材料并將其吸附于稻殼，進一步與建筑材料混合制成相變蓄熱砌塊，將其應(yīng)用在日光溫室中發(fā)現(xiàn)，可減小室內(nèi)氣溫波幅4.1 ℃。ZHOU 等［14］將石蠟/膨脹珍珠巖復(fù)合相變材料與石膏混合制得相變保溫砂漿，將其涂抹于溫室北墻內(nèi)側(cè)可使溫室的日最低溫度平均提升1.5 ℃。鑒于有機相變材料價格相對較高且部分具有可燃性，有研究者考慮將無機水合鹽相變材料應(yīng)用在日光溫室中，徐燕等［15］以Na2SO4·10H2O為實驗用相變材料，可使塑料大棚內(nèi)日平均溫度提高2.4 ℃，夜間平均溫度提高5.4 ℃。馬江偉等［16-17］以CaCl2·6H2O為相變材料，添加適量改性劑后用陶粒進行吸附定型，所得相變材料溫度適宜、性能穩(wěn)定，適用于日光溫室。許紅軍等［18］以Na2HPO4·12H2O 為相變材料，分別采用不同手段對其進行改性，制得了不同配比的可用于日光溫室的相變材料。

但單一體系的無機水合鹽一般具有固定的相變溫度，且或多或少存在過冷和相分層等現(xiàn)象，而具有豐富性和可控性的低共熔相變材料可以適當改善單一體系的性能缺陷，提高水合鹽材料的循環(huán)穩(wěn)定性［19-20］。十水硫酸鈉的相變溫度為32.4 ℃，是目前研究和應(yīng)用較多的相變溫度接近室內(nèi)溫度范圍的一種無機水合鹽，性價比較高且化學性能和相變性能優(yōu)異，十二水磷酸氫二鈉無毒、易得且相變焓高，兩者均為優(yōu)質(zhì)的低溫儲能材料，之前已有學者對這兩種相變材料進行了復(fù)合改性研究［21-23］。本文以這兩種材料為原料，首先通過實驗確定其低共熔混合比例，進一步通過添加改性劑對其進行改性研究，最后將改性后的相變材料應(yīng)用在溫室模型中進行效果實驗，以期能對溫室熱環(huán)境進行合理調(diào)節(jié)，為該低共熔相變材料在大型日光溫室中的應(yīng)用提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)參考。

1 材料及方法

1.1 實驗材料

十水硫酸鈉、十二水磷酸氫二鈉、九水硅酸鈉、氯化鉀，均為分析純；去離子水，實驗室自制；石墨粉；羧甲基纖維素鈉。

1.2 樣品制備

以Na2SO4·10H2O和Na2HPO4·12H2O共20 g為標準，配制Na2SO4·10H2O 質(zhì)量分數(shù)占比分別為10%、15%、20%、25%、30% 的Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O混鹽體系，物理混合后放入50 mL 燒杯中，用保鮮膜密封，并放入50 ℃的恒溫水浴鍋中水浴攪拌加熱，待樣品完全溶解后取出裝于樣品袋中冷卻得到二元混鹽樣品。

取上述Na2SO4·10H2O 質(zhì)量分數(shù)為25%的二元低共熔混鹽（SP體系）為原料，初步選擇總?cè)埸c調(diào)節(jié)劑質(zhì)量為SP 體系的10%，KCl 與H2O 的質(zhì)量比分別為3/7、4/6、5/5、6/4、7/3。加入不同比例的熔點調(diào)節(jié)劑KCl 和H2O，物理混合后通過上述方法得到相變溫度改變后的三元混鹽體系樣品。

取上述以二元低共熔混鹽SP體系為基液，添加質(zhì)量均為SP體系5%的KCl 和H2O得到的三元混鹽體系（SPK 體系）為原料，加入質(zhì)量依次為SP 體系4%～6%（間隔0.5%）的成核劑Na2SiO3·9H2O，物理混合后通過上述方法得到過冷度改善后的混鹽體系樣品。

取上述SPK 體系添加5%Na2SiO3·9H2O 形成的SPKSi 體系為原料，恒溫水浴充分熔化后加入質(zhì)量為SP體系0%、0.5%、1%、2%、4%的導(dǎo)熱增強劑石墨粉，恒溫磁力攪拌2 h 后移至超聲波聲震儀震蕩30 min，冷卻凝固后得到導(dǎo)熱性能增強的混鹽體系樣品。

1.3 實驗方法

用自制溫度步冷裝置測試各組溶液的溫度步冷曲線，實驗裝置如圖1 所示。在加熱和冷卻過程中采用型號為MIK-R6000C的多路溫度記錄儀自動采集溫度-時間數(shù)據(jù)，待測溫結(jié)束后，通過Origin 軟件繪制溫度步冷曲線圖，用于分析體系過冷度的變化情況。

圖1 步冷曲線測試裝置圖Fig.1 Device diagram for testing step cooling curve

采用NETZSCH 200 F3 型差示掃描量熱儀對相變材料樣品進行熱性能測試，定義峰值前緣最大斜率處切線與基線的交點對應(yīng)的溫度為相變?nèi)刍瘻囟龋?4］，通過內(nèi)置軟件計算復(fù)合相變材料的相變潛熱。

稱取配制含有不同比例導(dǎo)熱增強劑石墨粉的混鹽體系樣品于試管中，根據(jù)自制步冷裝置對樣品進行升降溫實驗，得到溫度-時間曲線，從中統(tǒng)計混鹽體系從20 ℃升至48 ℃所需時間、從48 ℃降至20 ℃所需時間。根據(jù)樣品的升降溫速率判斷比較含有不同比例導(dǎo)熱增強劑石墨粉的混鹽體系樣品的導(dǎo)熱性能。

用電子天平按最終確定的復(fù)合相變材料各組分占比稱取制備混鹽體系樣品于50 mL 燒杯中，用保鮮膜密封，先將其置于50 ℃恒溫水浴鍋中水浴加熱并不斷攪拌至其完全溶解，然后放置于設(shè)定溫度為15 ℃的低溫恒溫槽中進行冷卻，依次循環(huán)重復(fù)該步驟，測定材料樣品多次循環(huán)后的熔化溫度和相變潛熱。

1.4 相變材料應(yīng)用于日光溫室的控溫實驗設(shè)計

1.4.1 溫室模型搭建及測點布置

采用對照實驗的方法測試相變材料的控溫效果，建立兩個日光溫室模型，即添加有相變材料的相變溫室和空白對照溫室各1 座，兩溫室墻體均采用傳統(tǒng)紅磚（235 mm×110 mm×50 mm）制作，墻體外表面加裝2 cm的XSP高密度擠塑保溫板，用泡沫膠密封，每天同一時間掀蓋保溫被。此處以建于邯鄲農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園內(nèi)的水模塊主動采光蓄熱日光溫室尺寸為標準，按比例縮小尺寸，其中長度按比例縮小至1/50，跨度、圍護結(jié)構(gòu)和墻厚尺寸按比例縮小至1/10，實驗時間為2021 年3 月1 日到2021 年3 月24日，分別在溫室跨度中心垂直位置沿溫室長度方向在溫室高度中點和20 cm 深土壤層各設(shè)置3 個溫度測點，選取典型晴天對兩溫室內(nèi)溫度和20 cm 深耕作層土壤溫度進行測試記錄，實驗溫室結(jié)構(gòu)及測點布置如圖2所示。

圖2 實驗溫室結(jié)構(gòu)及測點布置圖Fig.2 Sketch of experiment greenhouse structure and test points

1.4.2 相變材料的封裝

為防止相變材料熔化時發(fā)生泄漏，將其分散封裝在尺寸為20 cm×25 cm 的復(fù)合聚乙烯塑料袋內(nèi)，如圖3a所示，經(jīng)塑封機高頻熱合封裝成袋裝相變材料后并排貼于相變溫室后墻內(nèi)側(cè)，如圖3b所示。

圖3 相變材料的封裝與放置Fig.3 Packaging and placement of phase change materials

2 結(jié)果與分析

2.1 相變材料的制備及性能表征實驗結(jié)果分析

2.1.1 Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O 低 共 熔混鹽比例的確定

為確定Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O 低共熔混鹽的比例，對Na2SO4·10H2O所占質(zhì)量分數(shù)依次為10%～60%（間隔為10%）的二元混鹽進行了稱量及熔化實驗，實驗結(jié)果如圖4所示。圖4照片中樣品從左往右Na2SO4·10H2O含量依次增加。從圖4可以看出，當Na2SO4·10H2O 質(zhì)量分數(shù)低于30%時，水合鹽溶液澄清透明，完全溶解，無相分離；當Na2SO4·10H2O 含量繼續(xù)增加時，水合鹽溶液會出現(xiàn)上層清液下層白色沉淀的相分離現(xiàn)象，且隨著Na2SO4·10H2O含量增加，水合鹽溶液底部沉淀逐漸增多，溶液相分離現(xiàn)象更加明顯。

圖4 Na2SO4·10H2O質(zhì)量分數(shù)為10%～60%的Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O混鹽體系照片F(xiàn)ig.4 Photograph of the Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O mixed salt system with 10%～60%Na2SO4·10H2O

進一步制備Na2SO4·10H2O 所占質(zhì)量分數(shù)為10%～30%（間隔5%）的二元混鹽體系并對其進行DSC 測試，測得體系相變性能參數(shù)如表1 所示。由表1 可以看出，隨著Na2SO4·10H2O 所占質(zhì)量分數(shù)增加，二元混鹽體系的相變溫度呈現(xiàn)先降低后增加的變化趨勢，當Na2SO4·10H2O 質(zhì)量分數(shù)為25%時，二元混鹽的相變溫度最低為30.8 ℃，達到低共熔點。下文以Na2SO4·10H2O 和Na2HPO4·12H2O 質(zhì)量比為1∶3時形成的低共熔混鹽SP體系為基鹽進行進一步的研究和改性。

表1 Na2SO4·10H2O質(zhì)量分數(shù)為10%～30%的Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O混鹽體系的相變參數(shù)Table 1 Phase transition parameters of the Na2SO4·10H2ONa2HPO4·12H2O mixed salt system with 10%～30%Na2SO4·10H2O

2.1.2 熔點調(diào)節(jié)劑對SP體系相變溫度的影響

在實際工程應(yīng)用過程中，最重要的是相變材料的相變溫度應(yīng)與相變儲熱系統(tǒng)的工作溫度相匹配，如果存在一定的差異，使它們不匹配，則需要調(diào)整相變溫度［25］。本實驗選用KCl 和H2O 為熔點調(diào)節(jié)劑，并將兩者結(jié)合，初步選擇總?cè)埸c調(diào)節(jié)劑質(zhì)量為SP體系的10%，分析研究其對低共熔混鹽SP體系相變溫度的影響。

圖5a、b分別為SP體系添加不同m（KCl）/m（H2O）的混鹽體系的DSC曲線及相變參數(shù)的分布。由圖5看出，添加不同質(zhì)量KCl和H2O后，體系相變溫度在24～28 ℃無明顯的變化規(guī)律，KCl和H2O的質(zhì)量比為3/7和4/6時，體系相變溫度較高分別為26.8、27.3 ℃，隨著KCl 質(zhì)量的增加，體系相變溫度降低后穩(wěn)定在25 ℃左右。此外，還發(fā)現(xiàn)體系的相變潛熱隨著KCl質(zhì)量的增加逐漸降低，說明KCl的加入在一定程度上減小了相變材料的儲能密度。綜合考慮相變溫度和相變潛熱，熔點調(diào)節(jié)劑KCl 與H2O 的最佳質(zhì)量比為5/5，得到相變溫度為24.8 ℃、相變潛熱為171.3 J/g的三元混鹽SPK體系，然后進行下一步研究。

圖5 不同m（KCl）/m（H2O）對SP體系相變溫度的調(diào)節(jié)效果Fig.5 Regulation effect of m（KCl）/m（H2O）with different mass ratio on phase transition temperature of SP system

2.1.3 成核劑對SPK體系過冷度的影響

過冷是無機水合鹽相變材料的固有缺陷，在相同的放熱條件下，過冷度越大，有效輸出熱量越少［26］。為保證相變材料在一定的環(huán)境溫度下及時充分地釋放熱量，必須采取手段對其過冷現(xiàn)象進行控制，添加成核劑是目前抑制過冷度較為有效的方法［27］，本實驗選擇對一元體系Na2HPO4·12H2O 改性效果較好的Na2SiO3·9H2O 為成核劑，分析研究其對SPK體系過冷度的影響。

圖6為二元低共熔混鹽SP體系的升降溫曲線。由圖6看出，其熔化溫度為30.8 ℃、結(jié)晶溫度為22.2 ℃、過冷度達8.6 ℃。圖7 為SPK 體系及其添加不同質(zhì)量Na2SiO3·9H2O 后體系的步冷曲線，并將其相變性能參數(shù)列于表2。由步冷曲線及對應(yīng)的相變性能參數(shù)可以看出，未添加Na2SiO3·9H2O時，SPK體系的過冷度為5.1 ℃；添加4%的Na2SiO3·9H2O后，體系過冷度下降到了1.8 ℃；進一步增加Na2SiO3·9H2O的用量至5%時，過冷度降到了0.9 ℃。此外，隨著Na2SiO3·9H2O 含量的增加，體系相變溫度變化不大，但相變潛熱呈下降趨勢，原因是加入的成核劑占了一定質(zhì)量比例，從而降低了潛熱密度。因此，綜合考慮過冷度小、相變潛熱大的要求，選擇Na2SiO3·9H2O的最佳用量為5%，定義添加有5%Na2SiO3·9H2O的混鹽體系為SPKSi體系，該體系相變材料的相變溫度、過冷度和相變潛熱分別為24.9、0.9 ℃和147.0 J/g，體系的相變潛熱較改性前未出現(xiàn)明顯降低。

圖6 二元低共熔混鹽SP體系的升降溫曲線Fig.6 Rising and falling temperature curves of binary eutectic mixed salt SP system

圖7 SPK體系+不同質(zhì)量Na2SiO3·9H2O的步冷曲線Fig.7 Step cooling curves of SPK system with different Na2SiO3·9H2O content

表2 SPK體系+不同質(zhì)量Na2SiO3·9H2O的相變參數(shù)Table 2 Phase transition parameters of SPK system with different Na2SiO3·9H2O content

2.1.4 石墨粉對SPKSi體系導(dǎo)熱性能的影響

理想的相變材料的熱性能除高儲能密度外，還對其導(dǎo)熱性能有一定要求。石墨粉能夠在相變材料中均勻分散，有效提高相變材料的導(dǎo)熱性能［28-29］，因此本實驗以石墨粉為相變材料的導(dǎo)熱增強劑，通過添加不同質(zhì)量的石墨粉分析其對SPKSi體系導(dǎo)熱性能的影響，SPKSi 體系添加不同質(zhì)量石墨粉后混鹽體系照片如圖8所示。

圖8 SPKSi體系+不同質(zhì)量石墨粉的照片F(xiàn)ig.8 Photographs of SPKSi system with different graphite powder contents

在SPKSi 體系中添加不同質(zhì)量石墨粉的混鹽體系樣品在升、降溫階段隨著石墨粉摻量的變化，升溫、降溫所需時間見圖9。由圖9a 可知，SPKSi 體系未添加石墨粉時，從20 ℃升至48 ℃所需時間為1 030 s，添加0.5%、1.0%、2.0%和4.0%石墨粉后，混鹽體系升溫所需時間分別為958、912、873、784 s，較SPKSi 體系升溫所需時間分別減少了7.0%、11.5%、15.2%和23.9%。由圖9b可知，SPKSi 體系未添加石墨粉時，從48 ℃降至20 ℃所需時間為2 269 s，添加不同比例石墨粉后，混鹽體系降溫所需時間分別為2 046、1 868、1 843、1 800 s，較SPKSi 體系降溫所需時間分別減少了9.8%、17.7%、18.8%和20.7%。

綜合圖9a和圖9b可以看出，添加有石墨粉的混鹽體系升、降溫時間都比SPKSi 體系明顯減少。其原因是石墨粉具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，可以有效提高混鹽體系在升、降溫過程中的傳熱速率，進而縮短蓄放熱所需時間。石墨粉不貢獻潛熱，加入的石墨粉越多，混鹽體系的相變潛熱越小，故綜合考慮，最終選定導(dǎo)熱增強劑石墨粉的摻量為1%。

圖9 SPKSi體系+不同質(zhì)量石墨粉后升、降溫所需時間曲線Fig.9 Time curves of rising and cooling temperature of SPKSi system with different graphite powder contents

2.1.5 循環(huán)穩(wěn)定性分析

根據(jù)上述實驗篩選出的熔點調(diào)節(jié)劑、成核劑和導(dǎo)熱增強劑，確定二元共晶水合鹽SP體系的添加劑最佳配比：5%KCl+5%H2O+5%Na2SiO3·9H2O+1%石墨粉。實驗過程中發(fā)現(xiàn)多次循環(huán)后，部分石墨粉吸附液體后會在重力作用下沉降，因此在體系中添加質(zhì)量為SP 體系質(zhì)量1%和2%的增稠劑羧甲基纖維素鈉（CMC），添加增稠劑前后的混鹽體系樣品照片見圖10。由圖10可知，未添加CMC時，混鹽體系循環(huán)靜置后出現(xiàn)明顯分層現(xiàn)象，大部分石墨粉吸附無機水合鹽復(fù)合相變材料后沉降在試管底部，少量石墨粉未與相變材料融合吸附，因密度較小而浮于表面，中間層為未被石墨粉吸附的溶液層。添加1%CMC增稠劑時，混鹽體系的分層現(xiàn)象完全消除，進一步添加CMC質(zhì)量為SP體系質(zhì)量的2%時，體系較黏稠，流動性差，且隨著CMC質(zhì)量分數(shù)的增大，混鹽體系黏度增加，會阻礙水分子從水合鹽中脫出，減小體系的相變潛熱，因此選擇增稠劑CMC的最佳添加量為1%。

圖10 添加增稠劑前后混鹽體系樣品照片F(xiàn)ig.10 Photographs of mixed salt system samples before and after adding thickener

則該復(fù)合相變體系的最終配比（質(zhì)量分數(shù)）：21.37%Na2SO4·10H2O+64.10%Na2HPO4·12H2O+4.27%KCl+4.27%H2O+4.27%Na2SiO3·9H2O+0.86%石墨粉+0.86%CMC，其升降溫曲線如圖11 所示。過冷度為0.6 ℃。為評價該復(fù)合相變材料的熱可靠性，對其進行了200 次的熔化-凝固循環(huán)實驗，圖12 為循環(huán)前后DSC曲線對比。由實驗結(jié)果可以看出，經(jīng)過200次冷熱循環(huán)，該相變材料的熔點幾乎沒有變化，相變潛熱從循環(huán)前的143.7 J/g 降至134.1 J/g，僅降低了6.7%。由此可見，該復(fù)合相變材料循環(huán)穩(wěn)定性良好，具備實際應(yīng)用的潛力。

圖11 Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O基復(fù)合相變材料的升降溫曲線Fig.11 Rising and falling temperature curves of Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O based composite phase change materials

圖12 Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O基復(fù)合相變材料循環(huán)前后的DSC曲線Fig.12 DSC curves of Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O based composite phase change materials before and after cycling

2.2 控溫效果實驗結(jié)果分析

2.2.1 空白溫室保溫效果對照分析

為準確分析相變材料作為單一變量時對溫室熱環(huán)境的影響，在未添加相變材料時對兩空白日光溫室的保溫效果進行了測試分析，如圖13 所示。從圖13 可以看出，晴天早上揭開保溫被，兩溫室接收太陽輻射室內(nèi)溫度逐漸升高，且均在13∶30 時達到日最高溫度分別為30.4 ℃和29.7 ℃，室外環(huán)境最高溫度出現(xiàn)在14∶00為6.8 ℃，溫室內(nèi)最高溫度較室外環(huán)境最高溫度提前的原因可能是溫室內(nèi)空氣和土壤濕度較大，在正午時刻隨著室內(nèi)溫度的升高，在溫室棚膜內(nèi)表面形成一層水霧，減弱了溫室內(nèi)空氣對太陽輻射的接收量。

圖13 兩空白溫室內(nèi)溫度和室外環(huán)境溫度變化曲線Fig.13 Variation curves of indoor temperature and outdoor environment temperature in two blank greenhouses

在蓋上保溫被之后，由于沒有太陽輻射，溫室墻體較薄，蓄放熱能力有限，溫室與外界環(huán)境進行熱交換，隨著室外環(huán)境溫度的降低而降低，在清晨日出之前7∶50時達到日最低溫度分別為7.6 ℃和7.7 ℃，室外環(huán)境最低溫度出現(xiàn)在7∶40 為-3.1 ℃。兩溫室內(nèi)溫度均隨著室外環(huán)境溫度變化，且日變化曲線幾乎重合，說明兩溫室的室內(nèi)熱環(huán)境及保溫效果差別很小，等熱性條件相似，可以進一步添加相變材料為單一變量分析其對溫室熱環(huán)境的影響。

2.2.2 相變材料對溫室內(nèi)氣溫的影響

圖14為連續(xù)4 d晴天條件下兩溫室內(nèi)氣溫的變化曲線圖。從圖14 可以看出，隨著晴天天氣的持續(xù)，兩溫室日最低溫度差值逐漸增大，即相變溫室的夜間提溫效果更加明顯。其中3月20日為雨后第一天，天氣狀況為多云轉(zhuǎn)晴，太陽輻射強度較弱，相變溫室可降低日最高溫度0.9 ℃，提高日最低溫度0.8 ℃，在之后的連續(xù)晴天條件下，相變溫室白天的最高溫度比對照溫室低1.6～3.1 ℃，夜間最低溫度比對照溫度高1.7～2.7 ℃，說明該復(fù)合相變材料起到了減小溫室內(nèi)溫度波動的作用。

圖14 連續(xù)晴天兩溫室內(nèi)氣溫變化曲線Fig.14 Variation curves of indoor temperature in two greenhouses on continuous sunny days

2.2.3 相變材料對溫室土壤溫度的影響

溫室內(nèi)土壤溫度對作物的生長發(fā)育起著至關(guān)重要的作用，圖15 為連續(xù)4 d 晴天時相變溫室與對照溫室土壤溫度的變化情況。由圖15可以看出，每日兩溫室土壤溫度的整體變化趨勢相同，均在土壤溫度較低時溫差較小，在土壤溫度較高時溫差較大。在連續(xù)晴天的情況下，由于溫室獲得的太陽輻射熱量逐漸累積，土壤中儲存的熱量也隨之增加，故兩溫室土壤溫度呈逐漸上升的趨勢，且相變溫室的土壤溫度提溫效果也更加明顯，相變溫室的土壤溫度始終比對照溫室土壤溫度高出0.3～1.4 ℃。

圖15 連續(xù)晴天兩溫室土壤溫度變化曲線Fig.15 Variation curves of soil temperature in two greenhouses on continuous sunny days

3 結(jié)論

1）Na2SO4·10H2O 質(zhì)量分數(shù)為25%時，Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O 二元混鹽的相變溫度達到最低30.8 ℃，相變潛熱為220.6 J/g；添加質(zhì)量均為SP體系5%的KCl和H2O為熔點調(diào)節(jié)劑后，可將其熔點降至24.8 ℃；添加5%Na2SiO3·9H2O 為成核劑時，該復(fù)合相變材料的過冷度降為0.9 ℃、相變溫度為24.9 ℃、相變潛熱為147.0 J/g。

2）對過冷改性后的SPKSi 體系進行導(dǎo)熱性能及相分離的改性研究，添加1%的石墨粉為導(dǎo)熱增強劑后混鹽體系升溫時間減少了11.5%、降溫時間減少了17.7%。增稠劑CMC 的添加量為1%時，可以有效抑制材料的相分離。改性后的Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O 基復(fù)合相變材料相變溫度為25.1 ℃，滿足日光溫室溫度要求，相變潛熱為143.7 J/g、過冷度為0.6 ℃。經(jīng)過200次冷熱循環(huán)，相變溫度和相變潛熱變化不大，具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，具備實際應(yīng)用的潛力。

3）將所制得復(fù)合相變材料應(yīng)用于日光溫室實驗結(jié)果表明，測試期間為晴天時，相變材料可使室內(nèi)最高溫度降低1.6～3.1 ℃，使室內(nèi)最低溫度提高1.7～2.7 ℃，使土壤溫度提高0.3～1.4 ℃，說明該材料可減小室內(nèi)溫度波動，改善溫室內(nèi)熱環(huán)境，且連續(xù)晴天條件下相變材料的控溫效果更加明顯。這一結(jié)果可為本相變材料在大型溫室中的應(yīng)用提供基礎(chǔ)參考，但相變材料與溫室的結(jié)合方式還有待進一步改善。