节能建筑中太阳能热利用蓄热材料的研究

发布时间：2018-06-30 07:18

  本文选题：煤泥 + 蓄热陶瓷　； 参考：《武汉理工大学》2015年硕士论文

【摘要】：近年来,随着建筑业的迅猛发展,建筑能耗呈现不断上升的趋势,建筑节能已成为建筑业未来发展的方向。因此,建筑节能技术的研究和建筑节能材料的开发,已成为降低建筑能耗的根本途径。由于新兴的绿色能源太阳能具有资源丰富、清洁无害和地域限制少的优点,其产品与建筑的结合成为实现建筑节能的新思路。本文根据太阳能热利用蓄热材料的结构与性能要求,以煤泥、粉煤灰等固体废弃物为主要原料,设计了Ca-Al-Si系蓄热陶瓷组成并制备了样品,探讨了煤泥的添加量对蓄热陶瓷各项性能的影响规律。通过改变制备工艺和配方组成,探讨了提高致密度和抗热震性能的方法和途径。采用挤出成型技术制备了蜂窝陶瓷,研究了不同的封装剂与蜂窝陶瓷的结合性;在蜂窝陶瓷中封装相变材料,研制了太阳能热利用潜-显热复合蓄热材料。以鄂尔多斯的煤泥、粉煤灰、钾长石、白云石、石英为原料,设计了Ca-Al-Si系L系列蓄热陶瓷配方组成,采用半干压成型技术和常压烧结工艺制备了节能建筑用蓄热陶瓷。采用XRD、SEM等现代测试手段对样品进行了结构与性能的表征,探讨了配方组成和烧成温度对样品结构与性能的影响。研究结果表明,煤泥的合理利用范围为40%~60%,废料总利用率达70%,最佳烧成温度为1220℃;经1220℃烧成的L1~L3样品的抗折强度较高,分别为54.92MPa、61.00MPa、64.24MPa,满足蓄热陶瓷对强度的要求;样品的吸水率分别为0.31%、0.36%、0.48%,达到小于0.5%的目标;其体积密度分别为2.25 g/cm3、2.09 g/cm3、2.03 g/cm3。抗热震测试表明,热震(500℃~室温,风冷)循环30次后,样品无开裂;L1、L2、L3样品的热震损失率分别为-22.14%、15.38%、23.93%。SEM和XRD测试表明,L系列样品的主晶相组成为钙长石、莫来石和α-石英;莫来石的存在可在一定程度上提高样品的强度和抗热震性能。显热陶瓷的蓄热密度与其体积密度成正比,为提高样品蓄热性能,在L2、L3配方的基础上,以5%的广东英德钠长石和5%的江西新余锂瓷石代替10%的鄂尔多斯白云石,设计了F系列配方组成。研究结果表明,经1260℃烧成的F1样品性能最优。F1样品的体积密度为2.32 g/cm3,较L2的2.09 g/cm3提高了11.00%;F1样品的抗折强度为68.65MPa,较L2的61.00MPa增加了12.54%。热震测试表明,热震30次后F1样品的热震损失率为6.79%,比L2的15.38%减少了55.85%,抗热震性能较L2得到改善。SEM和XRD测试表明,样品的主晶相为针棒状的莫来石和颗粒状的α-石英晶体,同时样品断面的气孔形状和分布更加均匀,使得样品更加致密、强度提高。致密化的机理是锂瓷石、钠长石和钾长石在高温下形成了Li2O-Na2O-K2O共熔物,填充了气孔和间隙,使样品更加致密。为了进一步提高样品的抗热震性能,在F1配方的基础上,通过改变熔剂的种类和含量,设计了X系列配方组成,探讨了熔剂对样品抗热震性能的影响机理。研究结果表明,经1240℃烧成的X3(锂瓷石10%)样品综合性能最优,其吸水率、气孔率、体积密度、抗折强度分别为0.24%、0.56%、2.32g/cm3、85.41MPa,较F系列性能优异。室温~300℃的热膨胀系数为5.97?10-6℃-1;300℃的热导率为1.29W/(m·K),蓄热密度为519.35kJ/kg,满足了节能建筑中对蓄热陶瓷的使用性能要求。抗热震测试表明,X系列样品在热震循环过程中没有发生开裂或出现裂纹的现象,X3样品抗热震30次后强度为83.74MPa,强度损失率为1.97%,热震30次后的吸水率、气孔率、体积密度分别为0.25%、0.57%、2.33 g/cm3,热震后的各项性能较F系列和L系列样品优异。SEM和XRD测试表明,样品的主晶相为针棒状的莫来石和颗粒状的α-石英晶体,样品中的莫来石晶体相互交织成网状结构,赋予了样品较高的强度和抗热震性能。抗热震机理研究表明样品强度的增加以及结构中形成的三维网状结构提高了样品的抗热震性能。优选X3配方组成采用挤出成型制备了蜂窝陶瓷;利用封装剂将相变材料封装于蜂窝陶瓷中,制备了潜热-显热复合蓄热材料。研究结果表明,经1240℃烧成的蜂窝陶瓷的吸水率、气孔率、体积密度分别为9.18%、18.32%、1.81g/cm3;Y2配方的封装剂(水玻璃40%wt)与基体的结合性能最优,其剪切强度为0.98MPa。封装石蜡和硝酸钾/硝酸钠的复合蓄热材料在50℃和225℃的蓄热密度分别为133.54 kJ·kg-1和650.40 kJ·kg-1。此材料可望用于节能建筑。
[Abstract]:In recent years , with the rapid development of building industry , the energy consumption of building has been rising continuously , building energy saving has become the direction of building industry ' s future development . The results show that the thermal shock loss rate of F1 samples is 2.32 g / cm3 , 2.09 g / cm3 and 85.41 MPa , respectively . The results show that the thermal shock loss rate of F1 samples is 2.32 g / cm3 , 2.32g / cm3 , 85.41 MPa , and the thermal shock resistance is improved . The thermal shock resistance is 1.29W / ( m 路 K ) at room temperature to 300 鈩，

本文编号：2085480