無機(jī)水合鹽相變材料在建筑節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用研究

　　摘要：建筑能耗在全世界能源消耗中占有重大比例，將具有儲(chǔ)熱能力的相變材料與建筑材料復(fù)合并投入到建筑中，可以有效地降低能源在建筑領(lǐng)域的大量消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。本文對(duì)無機(jī)水合鹽類相變材料的主要性能特點(diǎn)、相變建筑材料的制備方法以及在建筑節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用研究做了詳細(xì)的綜述，并對(duì)未來的研究重點(diǎn)做出了展望。

　　關(guān)鍵詞：無機(jī)相變材料；水合鹽；建筑節(jié)能；應(yīng)用研究

　　0、引言

　　隨著人口的快速增長和經(jīng)濟(jì)的告訴發(fā)展，人類對(duì)能源的需求日益增長，過度的開發(fā)和浪費(fèi)不可再生能源又加劇了能源的供應(yīng)緊張，節(jié)能已經(jīng)逐漸成為當(dāng)今社會(huì)不得不重視的問題[1-3]。建筑耗能在各領(lǐng)域的能源消耗中占有重大比例[4]。我國直接或間接的建筑耗能十分巨大，據(jù)統(tǒng)計(jì),約占全社會(huì)能源總消耗的46.7%[5]，但隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，這種能源消耗將會(huì)呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢(shì)[6]。因此，降低建筑能耗，提高能源使用效率是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的關(guān)鍵所在[7]。

　　1、無機(jī)水合鹽相變材料的性能

　　相變材料根據(jù)化學(xué)組成可以分為無機(jī)、有機(jī)和復(fù)合相變材料[11]。無機(jī)水合鹽是無機(jī)相變材料中應(yīng)用最為廣泛的一種，也是典型的固-液相變材料，其相變溫度適中，大多處于低中溫區(qū)，在0°C-150°C之間，不僅具有大的導(dǎo)熱系數(shù)，同時(shí)還具有很高的相變潛熱[12.13]，與有機(jī)相變材料相比，其材料來源廣泛且價(jià)格低廉，沒有刺激性氣味，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定[14.15]，更適合應(yīng)用于建筑節(jié)能領(lǐng)域。但是，水合鹽相變材料自身存在著過冷和相分離[16]，限制了其應(yīng)用一直以來通過成核劑和增稠劑可以有效解決這兩大問題[17]，但在最近的研究中發(fā)現(xiàn)相變材料與合適的基體材料復(fù)合，也能很好改善水合鹽相變材料的過冷和相分離問題。

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　　2、相變建筑材料的制備方法

　　將具有儲(chǔ)熱能力的相變材料與建筑材料復(fù)合制備得到相變建筑材料，一方面可以減少建筑材料的消耗，另一方面可以降低能源的消耗，起到節(jié)能的作用。目前，主要的制備方法有直接混合法、浸沒法和膠囊封裝法[23]。

　　2.1直接混合法

　　直接混合法是指將相變材料直接與建筑材料混合在一起，比如：水泥、砂漿、混凝土等。采用直接混合法制備相變建筑材料，具有用量易控制、結(jié)構(gòu)簡單、性能均勻等優(yōu)點(diǎn)。因此，建筑構(gòu)件可以方便地做成各種形狀和尺寸，以滿足不同的需要。但同時(shí)也存在著易滲漏、性能不穩(wěn)定等問題，降低了材料的耐久性能和機(jī)械性能；

　　2.2浸沒法

　　浸沒法是一種將多孔建筑材料浸入液態(tài)的相變材料中，利用多孔材料的吸附性能實(shí)現(xiàn)與相變材料相結(jié)合的一種方法。浸沒法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單方便，它可以根據(jù)不同的要求將傳統(tǒng)建筑材料制成相變建筑材料。但這種方法存在相變材料易滲漏、從而導(dǎo)致相變建筑材料性能不穩(wěn)定、耐久性差等問題。

　　3、水合鹽相變材料在建筑節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用

　　3.1相變板材

　　付露露[24]以CaCl2·6H2O為相變儲(chǔ)熱材料，選擇膨脹珍珠巖為載體，制備出CaCl2·6H2O/膨脹珍珠巖復(fù)合相變材料，將其嵌入鋁扣板中，并與僅裝有鋁扣板的試驗(yàn)房進(jìn)行對(duì)比研究，結(jié)果表明：裝有復(fù)合相變材料鋁扣板的PCM房的溫度波動(dòng)僅為16.3°C，熱舒適度提高至34.4%，建筑能耗降低了30%，證明了PCM板可以增大建筑墻體的熱惰性，降低溫度波動(dòng)，提高房間的熱舒適度，達(dá)到節(jié)能保溫的效果；

　　3.2相變墻體

　　閆全英等人[27]選擇十水硫酸鈉為相變材料，十水四硼酸鈉為成核劑、CMC為增稠劑，高吸水性樹脂為支撐材料和保水劑制備定形無機(jī)水合鹽相變材料，并將其添加到預(yù)制的墻體中，測(cè)試其傳熱性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，加入定形相變材料的墻體與普通墻體相比，具有更加穩(wěn)定的傳熱性能和良好的儲(chǔ)熱能力，可以提高室內(nèi)熱舒適度，達(dá)到節(jié)能的目的；

　　4、展望

　?。?）提高相變建筑材料的力學(xué)性能、耐久性和防火性能，相變材料的封裝工藝和導(dǎo)熱性能是相變材料在建筑節(jié)能領(lǐng)域未來的重點(diǎn)研究方向；

　?。?）水合鹽相變材料在建筑節(jié)能領(lǐng)域應(yīng)用中，如何有效的解決水合鹽的過冷、相分離以及泄漏問題仍然是研究的重點(diǎn)；

　?。?）尋找合適的表面活性劑，提高相變材料與基體材料的相容性；

　?。?）考慮降低成本，促進(jìn)無機(jī)水合鹽相變材料的工業(yè)應(yīng)用。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]沈澄，徐玲玲，李文浩.相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能領(lǐng)域的研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào)，2015，29（5）：100-104.

　　[2]B.Tan,Z.H.Huang,Z.Y.Yin,etal.Preparationandthermalpropertiesofshape-stabilizedcompositephasechangematerialsbasedonpolyethyleneglycolandporouscarbonpreparedfrompotato,RSCAdv.6(2016)15821–15830.

　　[3]LuX,HuangJ,WongW,etal.Anovelbio-basedpolyurethane/woodpowdercompositeasshape-stablephasechangematerialwithhighrelativeenthalpyefficiencyforsolarthermalenergystorage[J].SolarEnergyMaterialsandSolarCells,2019

　　肖力光，王敬維

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