室温水合盐定形复合相变材料的制备及性能

发布时间：2020-05-05 22:22

【摘要】：我国处于城建高峰期,每年与建筑相关的能源消耗量约占到社会总能耗的40%。在提高能源利用率和节能减排的综合要求下,使用先进的能源技术合理降低建筑能耗已成为科研工作者的研究重点。将室温(15-25℃)相变材料(PCMs)结合建材应用于室内,可降低暖通设备的能量消耗,并增加室内热惰性,提高室内舒适度。本文以建筑节能为背景,以无机水合盐为研究对象,开展新型室温相变材料的合成及性能研究。(1)以三元硝酸盐(LiNO_3·3H_2O-KNO_3-NaNO_3)为研究对象,研究不同配比下三元硝酸盐的热物性;探讨成核剂对三元硝酸盐PCM过冷度的影响;在此基础上,以膨胀石墨(EG)为载体开展三元硝酸盐定形复合相变材料(CPCM)研究。为改善EG的亲水性及其与三元硝酸盐的相容性,以溶胶-凝胶制备的二氧化硅为改性剂,对EG改性以获得改性膨胀石墨(MEG);探讨了EG改性前后的孔结构、形态、组成以及对三元硝酸盐吸附速率和吸附量;对获得的CPCM的定形性能以及热物性进行分析。结果显示:在LiNO_3·3H_2O-KNO_3-NaNO_3优化配比下(78.7-20.4-0.9%,质量分数,下同),获得的三元硝酸盐显示出适宜的相变温度(22.98℃)和高相变焓(218.8 J/g);加入2%的Ni(NO_3)_2·6H_2O作成核剂可将三元硝酸盐过冷度降至3.96℃;MEG中含15%二氧化硅时,MEG对水和三元硝酸盐体系具有最好的亲和性;当添加20%MEG时,能获得性能优异的定形CPCM,其相变温度和焓值分别为21.66℃和158.7 J/g,过冷度仅1.56℃,热导率高达4.565 W/m·K;在200次冷热循环后热物性波动小,可应用于相变蓄热器中。(2)选用六水氯化钙(CaCl_2?6H_2O),以不同型号的亲水性气相二氧化硅(SiO_2)为载体,制备CaCl_2?6H_2O/SiO_2定形CPCMs;在此基础上,采用尿素(CO(NH_2)_2)为温度调节剂,获得室温CaCl_2?6H_2O-CO(NH_2)_2/SiO_2定形复合相变材料;探讨SiO_2型号及质量分数对定形效果的影响;探讨了尿素添加量对调温性能的影响;对复合后的热物性、复合物组成及形貌进行分析。结果显示:添加20%HL150或22%A380到CaCl_2?6H_2O均能获得较好的定形效果和热性能;加入1%的尿素可以将复合物的相变温度调节到室温附近;最终分别用HL150和A380复合得到的两种室温CPCM的相变温度、相变焓和过冷度分别为21.03℃,114.3 J/g及1.34℃和20.69℃、104.8 J/g及0.259℃;200次冷热循环后的热物性测试结果表明两种材料的热物性良好,可应用于室内保温。
【图文】：

华南理工大学硕士学位论文15 ℃，主要应用在空调制冷或者食品行业；中温 PCMs - 相要用于医药、纺织和建筑节能等领域；高温 PCMs，，相变温度一般余热回收以及航空领域[10]。按照相态转化方式分类，可以主要和固-固四种相变过程，如图 1-1 所示。固-气和液-气方式在限制了其应用，而液-固和固-固这两种相变方式因为其较小的 %以内）被广泛应用。固-固相变材料具有无过冷、非腐蚀性但相变温度一般较高，相变焓值较低，材料成本高，因此只固-液类相变材料来源广泛，价格便宜，有大范围的相变温度-液相变材料往往更受到研究者重视。经过 40 多年的研究工材料种类有水合盐、固体石蜡、脂肪酸、有机和非有机化合 1-1 列举了一些常见的固-液类相变材料以及其热物性参数。

图 2-1 步冷实验装置原理图Fig. 2-1 Schematic diagram of stepcooling experiment set-up（3）导热系数测定导热系数的测定采用了瞬态平面热源法。本实验使用了瑞典 Hot Disk 公司的 T2500 导热系数仪。实验的装置图和样品处理如图 2-2 所示。在进行测试前，使用定制圆柱形模具（Φ4×1 cm），在 80 kg/cm2的压力下将指定量的样品压成同尺寸的圆柱块随后将对应型号探头夹在两块完全一样的圆柱块样品之中，通过仪器收集并计算出导系数。测量的误差范围为±3 %。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU599

【参考文献】

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本文编号：2650820