多元复合相变材料的制备及其在建筑节能中的应用研究

发布时间：2019-02-13 10:25

【摘要】：相变材料及相变储能技术在建筑节能领域中的应用研究是实现建筑低能耗行之有效的方法之一,同时也为太阳能、风能等低成本清洁能源在供暖、空调系统中的应用创造了条件。但是在实际应用中,相变储能建筑材料存在因热循环产生渗漏,使蓄热效果降低的耐久性问题;相变材料的价格及其封装技术的成本较高,导致单位热能储存费用偏高的经济性问题;以及在保证储热量的前提下使储能体更加轻便、小巧的储能性问题。这三大问题制约了相变储能建筑材料在应用过程中所要达到的预期效果。本文在综合国内外研究现状基础上,针对相变建筑材料在实际应用中存在的问题,以廉价的石蜡资源作为相变原材料与普通建筑材料结合,围绕石蜡基相变材料的多元复合、多孔基体吸附材料的选择、复合相变材料的封装定形、相变储能建筑材料的制备及其模拟应用五方面进行深入研究,主要开展了如下工作:1.根据三元低共熔体系理论对石蜡基相变材料进行复合,通过温度-时间步冷曲线测试和DSC热性能测试,确定3#石蜡、正构十四烷及熔点为48~50℃的固体切片石蜡的最佳配合比为1:2:7,其相变温度和相变焓分别为24.14℃、159.00J/g,热性能明显优于固-液混合的二元复合体系。2.选用膨胀珍珠岩和玻化微珠作为吸附载体时。相同时间内真空吸附石蜡量约为自然吸附的3~4倍,且玻化微珠吸附能力大于膨胀珍珠岩,扫描电镜显示相变材料能够充满其孔隙结构。将苯丙乳液和EVA乳液作为封装材料,通过渗漏率测试对比,苯丙乳液封装效果较好。并且采用苯丙乳液封装后的石蜡/玻化微珠定形相变材料的质量损失率远小于石蜡/膨胀珍珠岩,30次热循环后质量损失率仅为4.42%。因此选择苯丙乳液封装后的石蜡/玻化微珠定形相变材料制备相变储能砂浆。封装定形后的石蜡/玻化微珠相变储能砂浆抗压强度为5.35MPa,与空白试样相比强度损失率为10.85%,导热系数与空白试样相比降低了76.83%。所制备的相变储能砂浆的相变温度范围为22~26℃,与制备出的三元石蜡复合相变材料的相变温度范围相一致,比热容为1.04×103J/Kg,约是普通砂浆比热容的2倍,说明此复合相变材料能够产生较大的热量。3.选用粒径为15~20mm、5~10mm的页岩陶粒自然吸附24h,吸附石蜡量仅为15.2%和12.2%,真空吸附石蜡2h即能达到自然吸附24h的2倍,且粒径为15~20mm的陶粒吸附效果较好。采用环氧树脂封装后的石蜡/陶粒定形相变材料经30次热循环后石蜡最小渗漏率为2.8%,能够有效阻止陶粒中相变材料在热循环中的渗漏问题。封装定形后的石蜡/陶粒相变混凝土相变温度范围为25~29℃,导热系数为0.2156W/m·K,抗压强度为14.00MPa,经30次热循环后抗压强度损失率为21.07%。4.通过建立房屋实物模型模拟相变建筑材料在屋面结构中的应用,当相变砂浆板用于外保温层时,房屋模型内部温度从20.1℃升温至29.6℃用时60min,约为采用普通砂浆板的1.5倍,且经过相同的时间后模型内部温度更低。而将相变砂浆板用于天花板层时,相同温升区间用时约为用于外保温层的2倍,且4h后房屋模型内部温度比将其用于外保温层时降低了3.40℃,控温效果更好。通过ANSYS Workbench软件对相变砂浆用于天花板层中的情况进行仿真模拟,可以得出:当外环境施加40℃恒温热源时,热量从屋面层流至室内的过程中温度降至22.15℃,热流量从24267W/m2降至2696.8~5393.1W/m2,说明相变砂浆能够吸收热量转化为自身的相变潜热,降低热流量和室内温度,与实物模拟测试结果一致。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB34

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本文编号：2421457