复合相变材料制备及建筑隔热性能研究

发布时间：2020-05-20 18:47

【摘要】：随着我国经济的快速发展,对能源的需求也越来越多,其中建筑能耗占比就约25-30%,给社会经济发展造成制约。在夏热冬暖地区,夏季气候炎热潮湿,太阳辐射强烈,使外围护结构温度升高,不仅形成了较大的建筑空调负荷,而且造成强烈的烧烤感,降低人体舒适度。因此,采取有效的隔热措施,减少传入到室内的热量,降低烘烤感给室内居住人员带来极大的不舒适,十分重要。相变材料作为一种特殊材料,在太阳能的蓄热、电力的移峰填谷、工业废热的回收利用和纺织及军事等领域具有非常大的应用前景,通过恰当的技术将相变材料与建筑围护结构相结合能够减少建筑能耗,解决夏热冬暖地区建筑隔热问题。本文将相变材料与水泥混合制备复合相变饰面砖贴附于建筑墙体外表面,当相变材料在达到其相变温度时,吸收热量发生相变,利用相变材料在相变过程中产生的相变潜热来增加建筑围护结构的热惰性,这样既能减少传入室内的热量,降低建筑能耗,又能装饰建筑,美化建筑,起到隔热与装饰的双重作用。膨胀石墨具有吸附性的特点,本文采用微波膨化法制备膨胀石墨,选择具有高相变潜热的石蜡为相变材料,使用熔融吸附法制备了石蜡/膨胀石墨复合相变材料,通过场发射扫描电镜(SEM)分析、饱和性分析、差式扫描量热仪(DSC)分析、热稳定性分析和X射线粉末衍射仪(XRD)分析等方式对其进行性能表征。实验结果显示,当石蜡的含量为90%时,SEM和饱和性分析显示石蜡/膨胀石墨复合相变材料具有最佳吸附率,在相变过程中没有发生泄露现象;DSC测试结果显示,石蜡/膨胀石墨复合相变材料的相变温度为41.1℃,相变潜热为224.7J/g,仍能保持较高的相变潜热,与纯石蜡相比,石蜡/膨胀石墨复合相变材料的相变温度变化不大,在经过100次循环后,石蜡/膨胀石墨复合相变材料依然保持较好的稳定性;XRD测试结果显示石蜡与膨胀石墨具有较好的相容性。将石蜡/膨胀石墨复合相变材料与水泥进行混合,制备复合相变饰面砖,研究石蜡/膨胀石墨复合相变材料的加入量对饰面砖性能的影响,主要包括表观密度、传热与蓄热性能、力学性能及热性能。结果表明,饰面砖的表观密度随着石蜡/膨胀石墨复合相变材料含量的的增加而降低,而导热系数、蓄热系数、相变潜热随着石蜡/膨胀石墨复合相变材料含量的增加而增大,但却削弱了饰面砖的抗压强度,当石蜡/膨胀石墨复合相变材料含量为20%时,其抗压强度有最大值,为5.01MPa。将最佳配比的石蜡/膨胀石墨复合相变材料与水泥混合,制备大量复合相变饰面砖,增设普通瓷砖作为对比组,分别将其贴附于800mm×800mm×800mm的立方体箱体外表面,并进行太阳照射,研究立方箱体表面各点的温度变化情况。测试结果表明,经过连续3天的太阳照射,在相同的外界条件下,复合相变饰面砖的隔热性能优于普通瓷砖,除了北侧表面温度波动不明显,在其它方向均有表现,从测试结果看到,东侧内外表面最高温度差相变组是-1.2℃、-2.1℃、-1.3℃,普通瓷砖组是-1.1℃、-2.0℃、-0.2℃;南侧内外表面最高温度差相变组是-2.5℃、-2.5℃、-2.3℃;普通瓷砖组是-2.3℃、-2.2℃、-1.8℃;西侧内外表面最高温度差相变组是-3.5℃、-1.2.℃、-2.9℃,普通瓷砖组是-3.4℃、-2.2℃、-2.2℃;顶侧内外表面最高温度差相变组是-4.1℃、-5.3℃、-5.2℃,普通瓷砖组是-5.5℃、-5.8、-5.5℃,表明将相变材料用于建筑外围护结构具有一定的隔热效果,可实现节能目的。采用EnergyPlus建筑能耗模拟软件,以夏热冬暖的地区广州某办公建筑为例,将复合相变饰面砖和普通瓷砖分别应用于建筑外墙进行贴面处理,进行负荷模拟及舒适性评价,结果显示,相对于普通瓷砖贴面,复合相变饰面砖贴面建筑冷负荷降低了4.41%,满足Ⅱ级热舒适度要求,能够为室内带来更舒适的热环境。
【图文】：

变材料的化学组成分类，可分为无机相变材料、有机相-3 所示[24,25]。相变形式固-固相变固-液相变多元醇类高密度乙烯类层状钙钛类无机水合盐熔融盐石蜡脂肪酸固-气相变液-气相变图 1-1 相变材料按相变形式分类Fig.1-1 Classification of phase change type of phase change materia

复合相变材料制备及建筑隔热性能研究蠕虫状的膨胀石墨。胀石墨复合相变材料的制备质量的石蜡放入 500ml 的量杯中，并在 70℃的恒温水浴锅验设定好的质量比加入膨胀石墨，进行熔融搅拌吸附 1h，，相变材料，其中膨胀石墨的质量含量分别为 5%、10%、15%征试测试原理是利用高能量的电子束在块状或者粉末状的样品表成像。本文采用 SEM（如图 2-1 所示）观察并分析膨胀石材料的微观结构。测试前首先对样品进行喷金处理，目的是
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU551

【参考文献】

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3 史巍;侯景鹏;;不同条件下相变控温大体积混凝土的温控性能[J];建筑材料学报;2013年06期

4 徐仁崇;;相变储能混凝土的配制及传热性能研究[J];新型建筑材料;2012年12期

5 李丽莎;闫全英;;添加石蜡的相变水泥墙传热性能分析[J];太阳能学报;2012年01期

6 靳开岩;;建筑节能设计的理念与应用[J];中小企业管理与科技(下旬刊);2011年08期

7 刘福战;;建筑节能用相变储能混凝土的研制[J];商品混凝土;2011年07期

8 丁理峰;叶宏;;相变材料和隔热材料在不同地区建筑中应用效果之比较分析[J];太阳能学报;2011年04期

9 肖伟;王馨;张寅平;;定形相变墙板改善轻质墙体夏季隔热性能研究[J];工程热物理学报;2009年09期

10 张正国;龙娜;方晓明;;石蜡/膨胀石墨复合相变储热材料的性能研究[J];功能材料;2009年08期

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本文编号：2673041