（機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專業(yè)論文）新型聚合物基定形相變畜熱材料的制備及性能表征.pdf

摘要 新型聚合物基定形相變蓄熱材料的制備及性能表征 摘要 隨著全球工業(yè)的迅猛發(fā)展和人民生活水平的提高，以及人類對(duì)能 源的大量開發(fā)和利用，能源問題越來越為人們所關(guān)注。為此，開發(fā)和 利用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)已顯得尤為重要。儲(chǔ)能研究是緩解能源供給與需 求失配的一種重要措施。能源是人類社會(huì)的生存與發(fā)展休戚相關(guān)的。 新能源及新能源材料是這兩大技術(shù)的重要組成部分，對(duì)我國(guó)發(fā)展成為 重要。這是因?yàn)槲覈?guó)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)還要繼續(xù)快速發(fā)展，眾多人口的生 活水平及生活質(zhì)量的提高也都要消耗大量的能源；另一方面我國(guó)環(huán)境 的污染情況也待治理。因此，發(fā)展新能源及源能材料是我國(guó)進(jìn)入2 l 世紀(jì)必須解決的重大課題。定形相變蓄熱材料作為一種新型節(jié)能材 料，可用于建筑節(jié)能、太陽(yáng)能熱儲(chǔ)存、工業(yè)余熱利用、電力供應(yīng)削峰 填谷等領(lǐng)域，近年來受到廣泛重視。 本文在總結(jié)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，提出并制備了一種新型聚 合物基定形相變蓄熱材料( f s p c m ) ，該材料是以木質(zhì)纖維熱塑性樹脂 的復(fù)合體系為基體，通過在其中添加微膠囊化相變材料( m e p c m ) 及 必要的助劑，經(jīng)模壓加工而成的復(fù)合材料。對(duì)所制備的新型f s p c m 的結(jié)構(gòu)與微觀形貌、相變溫度和潛熱、熱導(dǎo)率、熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能 等進(jìn)行了詳細(xì)表征。結(jié)果表明所制備的新型聚合物基f s p c m 板材的 相變溫度約在5 1 5 0 c 之間，潛熱較高，有望用于空調(diào)蓄冷、建筑蓄 冷通風(fēng)、一些農(nóng)作物的短期保鮮、儲(chǔ)運(yùn)等領(lǐng)域。 北京化t 大學(xué)碩士學(xué)位論文 經(jīng)過分析比較不同配方的新型聚合物基定形相變材料板材的各 種性能，確定了新型聚合物基f s p c m 的最優(yōu)配方和生產(chǎn)工藝，并且 確定了一套新型聚合物基f s p c m 最優(yōu)表征方案。 關(guān)鍵詞：聚合物基定形相變蓄熱材料，模壓成型，熱導(dǎo)率，熱穩(wěn)定性 h 摘要 p r e p a r a t i o na n dc h a r a c t e l u z a t i o no f n o v e lp o l y m e r b a s e df o r m s t a b l e p h a s ec h a n g em a t e r i a l s a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fg l o b a li n d u n s t r i a l i z a t i o na n dt h e i m p r o v e m e n to fp e o p l e ss t a n d a r do fl i v i n g ，a n dt h eh e a v ye x p l o i t a t i o n a n du t i l i z a t i o no fe n e r g y , t h ep r o b l e mo fe n e r g ya t t r a c t sm o r ea n dm o r e a t t e n t i o n h e n c e ，i t sv e r yi m p o r t a n t t o d e v e l o p a na d v a n c e d e n e r g y - s a v i n gt e c h m o l o g y , a n do nt h eo t h e rh a n d ，t h er e s e a r c ho fe n e r g y s t o r a g ei s a l s oac r u c i a lm e a s u r et or e l e a s et h eu n b a l a n c eo fe n e r g y s u p p l ya n dr e g u i r e m e n t s o t h er e l a t i o nb e t w e e ne n e r g ya n dt h e d e v e l o p m e n to fs l c i e t yi sa l s oq u i t et i g h t n e we n e r g ya n dm a t e r i a l sa r e t h et w oc r i t i c a lp a n so ft h i st e c h n o l o g y , w h i c hi sv i t a lt ot h ed e v e l o p m e n t o fo u rc o u n t r y ag r e a td e a lo fe n e r g yw i l lb ec o n s u m e db e c a u s eo ft h e r a p i dd e v e l o p m e n to fi n d u s t r ya n da g r i c u l t u r e ，a n da l s ob e c a u s eo ft h e i m p r o v e m e n to fs t a n d a r do fl i v i n g ；o nt h eo t h e rh a n d ，t h ee n v i r o n m e n t p o l l u t i o na r en e e d e dt ob et r e a t e dp r o p e r l y h e n c e ，t od e v e l o pn e we n e r g y a n dn e we n e r g y - m a t e r i a l si sag r e a tt a s kt h a ts h o u l dt ob ea c h i e v e di nt h e 213 c e n t u r y p o l y m e r - b a s e df s p c m ，a sn o v e le n e r g ys a v i n gm a t e r i a l s ， c a nb eu s e di ns om a n yf i e l d s ，s u c ha sb u i l d i n ge n e r g ye f f i c i e n c y , s o l a r i i i 北京化t 大學(xué)碩士學(xué)位論文 s t o r a g e ，i n d u s t r i a lw a s t eh e a tr e c o v e r y , a n dp o w e rs y s t e m p o l y m e r - b a s e d f s p c ma t t r a c t e daw i d es p r e a da t t e n t i o nr e c e n t l y i nt h i s p a p e r , an o v e lp o l y m e r - b a s e df s p c m ，w h i c hc o m p r i s e s m i c r o e n c a p s u l a t e dp c m ( m e p c m ) a st h el a t e n th e a ts t o r a g em e d i u m a n dw o o df l o u r h i g hd e n s i t yp o l y e t h y l e n ec o m p o s i t ea st h em a t r i x ，w a s p u tf o r w a r da n dp r e p a r e db yb l e n d i n ga n dc o m p r e s s i o nm o l d i n gm e t h o d f o rp o t e n t i a ll a t e n th e a tt h e r m a l e n e r g ys t o r a g ea p p l i c a t i o n s m a n y p r o p e r t i e so ft h en o v e lp o l y m e r - b a s e df s p c m w e r ec h a r a c t e r i z e d ，s u c h a sm i c r o m o r p h o l o g y , t r a n s f o r m a t i o nt e m p e r a t u r e ，l a t e n th e a t ，t h e r m a l c o n d u c t i v i t y , t h e r m a ls t a b i l i t y , a n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s t h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h et r a n s f o r m a t i o nt e m p e r a t u r eo ft h en o v e lp o l y m e r - b a s e d f s p c mi s5 - 一15 。c ，a n dt h el a t e n th e a ti sm u c hh i g h t h en o v e l p o l y m e r - b a s e df s p c mc o u l db eu s e di n t h ef o l l o w i n gf i e l d s ，a i r c o n d i t i o n i n gc o o ls t o r a g es y s t e m ，b u i l d i n gv e n t i l a t i o n ，s t o r a g e a n d p r e s e r v a t i o no ff r u i t s ，a n ds t o r a g ea n dt r a n s p o r t a t i o n v a r i o u sp r o p e r t i e so fd i f f e r e n tf o r m u l ap o l y m e r - b a s e df s p c m p l a t e sw e r ea n a l y z e da n dc o m p a r e d o p t i m a lf o r m u l a ，p r o d u c t i o np r o c e s s a n dc h a r a c t e r i z a t i o ns c h e m ew e r ed e t e r m i n e dh e r e b y k e yw o r d s ：p o l y m e r - b a s e df o r m s t a b l e p h a s ec h a n g em a t e r i a l s ， b l e n d i n ga n dc o m p r e s s i o nm o l d i n gm e t h o d ，s p e c i f i c h e a t s ，t h e r m a ls t a b i l i t y i v 符號(hào)說明 符號(hào)說明 面積，i n 2 導(dǎo)熱系數(shù)，w m - 1 。1 單位長(zhǎng)度上的導(dǎo)熱量，w m o 熱量，w 溫度， 相變溫度， 相變峰值溫度， 相變起始溫度， 厚度方向的坐標(biāo)，m 空間步長(zhǎng)，m 厚度，m 斜率 質(zhì)量，k g 潛熱，k j k g 密度，k g m 。3 ) 時(shí)間，s 時(shí)間步長(zhǎng)，s 相變材料 定形相變蓄熱材料 微膠囊化相變材料 高密度聚乙烯 微粉石墨 鐵絲 木粉 差示掃描量熱儀 掃描電子顯微鏡 熱重分析 計(jì)算失重率 微商熱重法 x i 么后 g q r昂殆工如j k 礦五p ，鰣艚 _躉一一一研w眥洲吼m啪 北京化工大學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立 進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含 任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做出重 要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲 明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 日期：五矽。f o 7 學(xué)位論文作者完全了解北京化工大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定， 即：研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬北京化工 大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和 磁盤，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)校可以公布學(xué)位論文的全部 或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存、匯編 學(xué)位論文。 保密論文注釋：本學(xué)位論文屬于保密范圍，在上一年解密后適用本授 權(quán)書。非保密論文注釋：本學(xué)位論文不屬于保密范圍，適用本授權(quán)書。 作者簽名：百= = 邑磊j 日期： 鄉(xiāng)。廠口 導(dǎo)師簽名：多乏爭(zhēng)日期：文彤河o 7 第一章緒論 1 1前言 第一章緒論 能源是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對(duì)能源的需求日益增 加，但同時(shí)對(duì)能源的利用率仍不是很高，存在著很大的浪費(fèi)，并且能量的供給與需求 都具有較強(qiáng)的時(shí)間性，在很多情況下，人們還不能做到合理利用能源，從而造成能源 的供給漸趨緊張。而且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)工作和生活環(huán) 境提出了更高的要求，采暖、通風(fēng)和空調(diào)用能也隨之急劇增長(zhǎng)，并導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷峰谷 差不斷加大。因此，如何開發(fā)出新的能源以及提高其利用率已經(jīng)成為非常緊迫的問題。 這些都需要一種像蓄水池儲(chǔ)水一樣把熱量?jī)?chǔ)存起來，在需要時(shí)再把它釋放出來的物 質(zhì)，這樣的物質(zhì)就稱為熱能貯存材料。 熱能儲(chǔ)存的方式主要有顯熱蓄熱、潛熱蓄熱和化學(xué)反應(yīng)蓄熱等三種。顯熱蓄熱原 理是當(dāng)對(duì)蓄熱介質(zhì)加熱時(shí)，其溫度升高，內(nèi)能增加，從而將熱能蓄存起來。利用顯熱 蓄熱時(shí)，蓄熱材料在儲(chǔ)存和釋放熱能時(shí)，材料自身只是發(fā)生溫度的變化，而不發(fā)生其 他任何變化。這種蓄熱材料化學(xué)穩(wěn)定性好、價(jià)廉易得，但蓄熱密度小，溫度波動(dòng)較大。 化學(xué)反應(yīng)蓄熱是利用可逆化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱來進(jìn)行蓄熱。熱化學(xué)蓄熱方法大體可分為 三類：化學(xué)反應(yīng)蓄熱、濃度差蓄熱以及化學(xué)結(jié)構(gòu)變化蓄熱【l 明。 1 化學(xué)反應(yīng)蓄熱是指利用可逆化學(xué)反應(yīng)的結(jié)合熱儲(chǔ)存熱能。 2 濃度差蓄熱是利用酸堿鹽溶液在濃度發(fā)生變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量的原理來儲(chǔ)存熱 量的。 3 化學(xué)結(jié)構(gòu)變化蓄熱是指利用物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化而吸熱放熱的原理來蓄放熱 的蓄熱方法?；瘜W(xué)反應(yīng)蓄熱具有蓄熱密度高、清潔、無污染等優(yōu)點(diǎn)，但反應(yīng)過程復(fù)雜、 技術(shù)難度高，而且對(duì)設(shè)備安全性要求高。潛熱蓄熱又稱相變蓄熱，運(yùn)用的基本原理是 當(dāng)對(duì)蓄熱介質(zhì)加熱時(shí)，物質(zhì)由固態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)，由液態(tài)轉(zhuǎn)為氣態(tài)，或由固態(tài)直接轉(zhuǎn)為氣 態(tài)( 升華) 時(shí)，將吸收相變熱，進(jìn)行逆過程時(shí)，則將釋放相變熱。這種材料蓄熱密度高、 溫度波動(dòng)小、過程易控制。 綜合比較三種熱能儲(chǔ)存方式，相變蓄熱以其蓄熱密度大、蓄熱器結(jié)構(gòu)緊湊、體積 小、熱效率高、吸放熱溫度恒定、易與運(yùn)行系統(tǒng)匹配、易于控制等突出的優(yōu)點(diǎn)，日趨 成為蓄熱系統(tǒng)的首選系統(tǒng)。相變材料作為一種新型節(jié)能環(huán)保材料，在被動(dòng)式太陽(yáng)房、 工業(yè)余熱回收、電子產(chǎn)品熱保護(hù)、智能調(diào)溫纖維、蓄熱調(diào)溫建筑材料等領(lǐng)域具有廣闊 的應(yīng)用前景。 本文以木塑材料為基體制備的相變蓄熱自調(diào)溫定形材料，是為滿足建筑節(jié)能以及 北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 適應(yīng)目前木制材料裝飾裝修的流行趨勢(shì)而開發(fā)的新型建筑材料。相變蓄熱自調(diào)溫材料 白天吸收并儲(chǔ)存照射進(jìn)來的太陽(yáng)能，晚上當(dāng)室溫下降時(shí)通過內(nèi)含的相變材料的固化過 程釋放熱量，補(bǔ)償室內(nèi)的熱需求，從而減小室溫的波動(dòng)，提高室內(nèi)熱環(huán)境的舒適性。 采用此材料制備的相變蓄熱調(diào)溫地板用于被動(dòng)式太陽(yáng)房，在冬季晴朗的天氣里可實(shí)現(xiàn) 利用太陽(yáng)能對(duì)室內(nèi)進(jìn)行輻射供暖；在陰雨天則可以和電加熱系統(tǒng)配合，利用夜間的低 谷電加熱蓄能，白天關(guān)閉電加熱系統(tǒng)，利用相變蓄熱調(diào)溫地板在夜間儲(chǔ)存的熱能實(shí)現(xiàn) 輻射采暖。與傳統(tǒng)的對(duì)流式散熱器相比，地板采暖能節(jié)省空間，能以較低的室內(nèi)溫度 滿足人的熱舒適要求，減小采暖能耗，采用相變蓄熱調(diào)溫地板進(jìn)行輻射供暖，節(jié)能效 果更顯著 1 2 相變蓄熱材料 相變蓄熱材料按相變溫度的范圍可分為：高溫、中溫和低溫蓄熱材料；按相變的 方式一般分為：固一固相變、固一液相變、固一氣相變及液一氣相變材料。由于后兩 種相變方式在相變過程中伴隨有大量氣體的存在，使材料體積變化較大，因此盡管它 們有很大的相變焓，但在實(shí)際應(yīng)用中很少被選用。所以固一固相變和固一液相變被看 作是重點(diǎn)研究的對(duì)象。 1 2 1 固一固相變蓄熱材料 固固相變蓄熱材料( s s p c m ) 主要通過晶體有序無序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變進(jìn)行可逆吸、放熱， 主要包括有機(jī)、無機(jī)、金屬與合金等幾類。 1 2 1 1 有機(jī)類s s p c m 有機(jī)s s p c m 主要包括高密度聚乙烯( h d p e ) 和多元醇。h d p e 價(jià)廉、易加工成各 種形狀、表面光滑、易與發(fā)熱體表面緊密結(jié)合、導(dǎo)熱率高，潛熱也較大，是一種性能 良好的相變材料。但其相變溫度較高，不能用于中低溫場(chǎng)合。多元醇低溫時(shí)具有對(duì)稱 的層狀體心結(jié)構(gòu)，同一層中的分子以范德華力連接，層與層之間的分子由o h 形成氫 鍵連接。當(dāng)達(dá)到固固相變溫度時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨蛲悦嫘慕Y(jié)構(gòu)，同時(shí)氫鍵斷裂，分子開 始振動(dòng)無序和旋轉(zhuǎn)無序，放出氫鍵能【3 1 。多元醇的相變潛熱與分子中所含羥基數(shù)有關(guān)， 每一分子所含羥基數(shù)越多，則相變熱越大。多元醇的缺點(diǎn)是在固固相變溫度以上轉(zhuǎn)變 為塑性晶體，易軟化并產(chǎn)生揮發(fā)損失，使用時(shí)需用壓力容器密封。 1 2 1 2 無機(jī)類s s p c m 無機(jī)類s s p c m 主要指層狀鈣鈦礦和無機(jī)鹽。層狀鈣鈦礦是一種有機(jī)金屬化合物， 通式為( n c h 2 n - n h 3 ) 2 m x 4 ，其中m 是金屬，x 是鹵素，n 是碳原子數(shù)，在8 1 8 之間。 這些化合物有類層狀晶體結(jié)構(gòu)，和礦物鈣的晶體結(jié)構(gòu)相似。層狀鈣鐵礦以及它們的混 合物在固固轉(zhuǎn)變時(shí)有較高的相變焓( 4 2 1 4 6 j g ，與化合物中金屬原子的種類有關(guān)) 和 2 第一章緒論 較小的體積變化( 5 l o ) ，在相當(dāng)高的溫度時(shí)仍很穩(wěn)定，通過相變點(diǎn)連續(xù)1 0 0 0 次冷 熱循環(huán)后熱性能的可逆性仍然很好，但是價(jià)格較貴，約為石蠟的1 0 倍。無機(jī)鹽類是 利用不同晶型之間的變化進(jìn)行吸放熱的，代表性物質(zhì)有l(wèi) i 2 s 0 4 、k h f 2 等，它們的相 交溫度較高，適于高溫范圍內(nèi)的蓄熱和控溫，目前在實(shí)際中應(yīng)用不多f 】。 1 2 1 3 常見s s p c m 表1 - 1 給出了常用s s p c m 的熱物性數(shù)據(jù)。固一固相變蓄熱材料具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1 不需要容器盛裝，可以直接加工成型； 2 相變膨脹系數(shù)及體積變化小； 3 無過冷及相分離現(xiàn)象； 4 性能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)； 5 無毒、無腐蝕、無污染； 6 使用方便，裝置簡(jiǎn)單。然而，固一固相變蓄熱材料適合于高溫范圍內(nèi)的蓄熱 和控溫之用，中、低溫的材料較少，目前在實(shí)際中應(yīng)用不是很多。 表1 - 1 固固相變材料的物性 6 1 t a b l e 1 1p e r f o r m a n c eo fs o l i d s o l i dp h a s ec h a n g em a t e r i a l s 1 2 2 固一液相變蓄熱材料 固一液相變蓄熱材料通過材料的固一液相變進(jìn)行蓄熱與釋能。此類材料的相變潛 熱較大，使用溫度范圍廣，傳熱效率高及導(dǎo)熱系數(shù)較大，目前研究相對(duì)較多，在實(shí)際 中也得到一些應(yīng)用。雖然存在著過冷、相分離等缺點(diǎn)，隨著科技的不斷發(fā)展，這些缺 點(diǎn)都可以得到很好解決。 3 北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文 目前國(guó)內(nèi)外研制的作為固一液相變材料主要包括結(jié)晶水合鹽類和有機(jī)物類。 結(jié)晶水合鹽類是中、低溫相變貯能材料中的重要類型，其相變溫度一般在0 - - , 1 5 0 之間不等，具有較大的熔解熱和固定的熔點(diǎn)。它們具有使用范圍廣、導(dǎo)熱系數(shù)大、融 解熱較大、蓄熱密度大，相變體積變化小，一般呈中性、毒性小、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。 但是，這類材料通常存在著兩個(gè)問題【7 1 。一是過冷現(xiàn)象，物質(zhì)冷凝到“冷凝點(diǎn)”時(shí)并 不結(jié)晶，而須到“冷凝點(diǎn) 以下的一定溫度時(shí)才開始結(jié)晶，同時(shí)使溫度迅速上升到冷 凝點(diǎn)。這就促使物質(zhì)不能及時(shí)發(fā)生相變，造成結(jié)晶點(diǎn)滯后，成核率降低，目前的解決 辦法主要是通過提高結(jié)晶速度的方法來解決的，另一個(gè)問題是出現(xiàn)相分離，即加熱使 結(jié)晶水合物變成無機(jī)鹽和水時(shí)，有部分不溶解于結(jié)晶水而沉于底部，冷卻時(shí)也不與結(jié) 晶水結(jié)合，導(dǎo)致溶解的不均勻性，造成蓄熱能力逐漸下降。 對(duì)于有機(jī)類相變材料常用的有高級(jí)脂肪烴類、脂肪酸或其醋或鹽類、醇類、芳香 烴類、芳香酮類、酞胺類、氟利昂類和多經(jīng)基碳酸類等。另外高分子類有聚烯烴類、 聚多元醇類、聚烯醇類、聚酞胺類以及其他一些。其中典型的有尿素、c n h 2 m 、c n h 2 n + 2 、 c l o h 8 、c f c 、p e 、p e g 、p m a 、p a 等。有機(jī)類相變材料具有的優(yōu)點(diǎn)是：固體狀態(tài)成 型性較好，一般不容易出現(xiàn)過冷現(xiàn)象和相分離，材料的腐蝕性較小，性能比較穩(wěn)定， 毒性較小。該類材料的缺點(diǎn)是導(dǎo)熱系數(shù)小( 可以采用加入金屬粉末的方法加以提高) 、 密度較小、單位體積的蓄熱能力較小，價(jià)格較高，并且有機(jī)物一般熔點(diǎn)較低，不適于 高溫場(chǎng)合中應(yīng)用，且易揮發(fā)、易燃燒甚至爆炸或被空氣中的氧氣緩慢氧化而老化。 1 2 3 定形相變蓄熱材料 針對(duì)上述相變蓄熱材料的單獨(dú)使用存在的問題，近年來人們?cè)谕卣瓜嘧儾牧系膽?yīng) 用范圍和開發(fā)新型實(shí)用的蓄熱材料等方面進(jìn)行研究工作，采用各種復(fù)合工藝來制備復(fù) 合新型聚合物基f s p c m 。此類材料克服了以上兩種材料的缺點(diǎn)，從而適于在實(shí)際中 使用。 f s p c m 可看作是自動(dòng)調(diào)溫材料單元。其工作介質(zhì)包括兩方面的物質(zhì)，一是相變 物質(zhì)，二是載體基質(zhì)。兩者的合理結(jié)合就構(gòu)成了用于自動(dòng)調(diào)溫的相變單元，其本質(zhì)在 于將相變材料與載體基質(zhì)相結(jié)合，便可形成一種形狀穩(wěn)定的固一液相變材料。這類相 變材料采用固一液相變形式，但制成的材料進(jìn)行相變蓄熱時(shí)，在外形上一直可以保持 固體形狀，不使其有流動(dòng)性，無需容器盛裝，使用性能和固一固相變材料近似，可以 制成各種所需形狀【8 1 。這類相變材料的工作物質(zhì)可以是上述的各種固一液相變材料， 但用得較多的主要是有機(jī)類的相變材料，主要為竣酸類和石蠟類。對(duì)于載體基質(zhì)，其 相變溫度一般較高，在工作物質(zhì)的相變范圍內(nèi)物化性能穩(wěn)定并能保持其固體的形狀和 材料性能，且便于加工，并有結(jié)構(gòu)材料的一般特性，如強(qiáng)度、硬度、柔韌性、熱穩(wěn)定 性、密封性、耐久性、安全性、傳熱性能，載體基質(zhì)和相變材料應(yīng)具有相容性、無腐 4 第一章緒論 蝕、無化學(xué)反應(yīng)以及成本低等。 1 2 3 1 聚合物f s p c m h d p e 、p p 、p s 、s b s 、a b s 等高分子材料具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，通過與相變材料 熔融共混可將p c m 包覆起來形成復(fù)合p c m ( 本文將這類材料簡(jiǎn)稱為聚合物f s p c m ) 。 葉宏【8 】研制了h d p e 石蠟復(fù)合相變材料并分析了其熱穩(wěn)定性。l i u 等【9 】以低熔點(diǎn)石蠟為 工作物質(zhì)，分別以p s 、p p 和p e 作支撐材料，通過熔融共混制備了3 種f s p c m ，確 定了3 種聚合物對(duì)潛熱為2 2 2 0 u g 的1 7 ( 2 石蠟的最大包裹量分別為w ( 石蠟) ：4 6 、5 1 、 7 3 。該研究指出：石蠟經(jīng)聚烯烴包覆之后，相變溫度有所降低，而相變焓有所提高。 h d p e 定形石蠟存在泄漏、結(jié)霜、熱性能下降等問題，解決辦法是將這類復(fù)合材 料微膠囊化。汪樹軍等【lo 】用原位聚合法制備出一種硅膠聚合物，并用其包封h d p e 定 形石蠟，得到一種f s p c m ，當(dāng)石蠟含量為5 5 7 6 叭時(shí)，其相變溫度和潛熱分別為 2 1 5 0 和1 2 3 7 8 j g ，具有較好的綜合性能。 x i a o 等j 分別用a b s 和s b s 作為基體材料制得了定形石蠟，其中石蠟含量可達(dá) 8 0 叭，確定了該復(fù)合材料在熔融和凝固過程中的熱性能。c a i 等【1 2 】在h d p e 石蠟體 系中添加o m t ( o r g a n o p h i l i cm o n t m o r i l l o n i t e ) 和i f r ( i n t u m e s c e n tf l a m er e t a r d a n t ) ，用雙 螺桿擠出法制備了一種f s p c m 。研究表明：o m t 和i f r 的加入對(duì)h d p e 石蠟體系 的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和潛熱沒有影響，它們的協(xié)同作用可降低釋熱速率，從而提高復(fù)合材 料的阻燃性。胡大為等【l3 】以固體石蠟和液體石蠟進(jìn)行復(fù)配制得低熔點(diǎn)石蠟，采用十二 烷基苯磺酸鈉( s d b s ) 作表面活性劑，將水分散于低熔點(diǎn)石蠟中，然后加入環(huán)氧樹脂， 制得含水型樹脂基f s p c m 。顯微分析表明，石蠟和水的包合體在基體中分散均勻， 分散的石蠟粒徑在1 0 i - t m 以下，包合體中水呈梭型。 1 2 3 2 多孔材料f s p c m 膨脹石墨( e g ) 、多孔石墨( p g ) 、高嶺土( m m t ) 、有機(jī)化高嶺土( o m t ) 、二氧化硅、 石膏等是一類具有多孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，通過對(duì)液態(tài)相變材料的物理吸附作用可制備 f s p c m ( 簡(jiǎn)稱為多孔材料f s p c m ) 。s a da 等【1 4 】制備了4 種石墨定形石蠟，其中e g 含量分別為2 ，4 ，7 和1 0 ，所用石蠟為甘二烷( n - d o c o s a n e ) 。通過比較這4 種復(fù)合p c m 的相變溫度、相變潛熱、熱導(dǎo)率以及相變過程中石蠟是否會(huì)滲出等方面的差異，她們 認(rèn)為含1 0 w t e g 的定形石蠟定形性好、密度d ( 7 2 l k g m 3 , 而甘二烷的密度為7 8 5 k g m 3 ) 、熱導(dǎo)率高( 為甘二烷的3 7 3 倍) 、可直接應(yīng)用、無需封裝，適于潛熱蓄熱場(chǎng)合。 z h a n g 掣1 5 】稱可將8 6 6w t 的石蠟( 熔點(diǎn)5 8 一 6 0 c ) 注入e g ，制成石墨f s p c m 。 鄭立輝等【l6 】制備了以石膏作載體、石蠟作相變材料的f s p c m ( 復(fù)合石膏板) 。實(shí)驗(yàn) 證明表面活性劑硬脂酸鈉可有效提高石膏板吸收石蠟的質(zhì)量比。以硬脂酸為工作物 質(zhì)，二氧化硅為載體基質(zhì)，通過溶膠一凝膠法將硬脂酸嵌入二氧化硅納米層空間中， 可制得硬脂酸二氧化硅納米復(fù)合f s p c m 。這類材料具有較高的相變潛熱( 含硬脂酸 4 7 時(shí)潛熱可達(dá)1 9 6 8j g ) 和較大的導(dǎo)熱系數(shù)( 是純硬脂酸的2 1 5 倍) 。 5 北京化：工：大學(xué)碩十學(xué)位論文 無機(jī)鹽陶瓷基f s p c m 由無機(jī)鹽( 或共晶鹽) 與陶瓷粉末經(jīng)燒結(jié)復(fù)合而成，使用溫 度一般較大( 4 0 0 ) 。這種材料既利用陶瓷基材的顯熱，又利用無機(jī)鹽的相變潛熱， 使用溫度隨無機(jī)鹽種類不同而變( 4 5 0 4 - 1 1 0 0 。c ) 。 1 3 定形相變蓄熱材料的研究現(xiàn)狀 近幾年，國(guó)內(nèi)外不少單位從事建筑用p c m 產(chǎn)品的研發(fā)，取得了較大進(jìn)展。德國(guó) r l l b i t h e r m 公司以研究和生產(chǎn)有機(jī)p c m 產(chǎn)品為主，現(xiàn)已工業(yè)化生產(chǎn)的相變材料單體， 溫度范圍從5 1 0 0 ，共有約1 7 種產(chǎn)品；采用二氧化硅吸附、木纖維復(fù)合以及聚合物 包裹等技術(shù)生產(chǎn)的定形p c m 有近1 0 種產(chǎn)品。這些產(chǎn)品在室內(nèi)地板采暖、運(yùn)輸貨物冷藏、 空氣和水加熱系統(tǒng)、建筑墻體的被動(dòng)式蓄熱等方面都已有了實(shí)際應(yīng)用。如 r u b i t h e r mg m b h 7 】采用牌號(hào)為g r4 1 的粒狀相變材料研發(fā)了一種高蓄熱地板采暖 系統(tǒng)，使地板厚度減小了5 0 。該采暖系統(tǒng)自下而上依次為保溫層、加熱電纜、由能 量小球組成的p c m 層、木地板，根據(jù)需要木板上面可以鋪設(shè)瓷磚、地毯以及其它帶有 裝飾圖案的地板材料。德國(guó)拜爾公司研制的主動(dòng)式獨(dú)立地板加熱系統(tǒng)，與傳統(tǒng)采暖方 式相比能耗可降低3 5 。 澳大利亞t e a p 公司以研究和生產(chǎn)無機(jī)p c m 產(chǎn)品為主，從3 0 - - - - , 9 0 溫度范圍內(nèi) 共有約1 5 種產(chǎn)品，主要采用聚合物包裹技術(shù)開發(fā)定形p c m 產(chǎn)品。該公司開發(fā)的球形、 圓柱形以及微膠囊包封相變材料已經(jīng)用于冷藏控溫、地板采暖、醫(yī)療保健產(chǎn)品、建筑 室內(nèi)調(diào)溫和取暖、電子發(fā)熱裝置熱保護(hù)、廢熱回收等行業(yè)。美國(guó)專家研制成功一種內(nèi) 墻調(diào)溫壁紙。當(dāng)室溫超過2 l 時(shí)，吸收室內(nèi)余熱，低于2 1 時(shí)，又會(huì)將熱量釋放出 來。這種調(diào)溫壁紙可設(shè)計(jì)成三層：靠墻的是絕緣層，能把冷冰冰的墻體隔開；中間是 一種特殊的調(diào)節(jié)層，由經(jīng)過p c m 處理的纖維組成，具有吸濕、蓄熱作用；外層美觀 大方，上面有無數(shù)的孔，并印有裝飾圖案。英國(guó)、新西蘭、西班牙、瑞士、日本等國(guó) 在建筑供暖用相變材料開發(fā)方面也都有自己的重點(diǎn)研究對(duì)象和產(chǎn)品( 見表1 2 和表 1 - 3 ) 。 國(guó)外對(duì)含p c m 石膏板、混凝土板、木質(zhì)輕型水泥墻板( 其中含有1 5 w t 的木屑 或鋸末) 等復(fù)合材料用作墻體材料、天花板墻板地板等裝飾材料時(shí)的調(diào)溫機(jī)理與調(diào) 溫效果也進(jìn)行了研究。m a h aa h m a d 等人【1 7 】對(duì)添加了p c m 顆粒的石膏板、聚碳酸酯 板以及添加聚乙二醇( p e g ) 的聚氯乙烯( p v c ) 板對(duì)外界溫度變化的熱響應(yīng)進(jìn)行了仿 真和實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明：以p v c 為基體的相變調(diào)溫板具有更優(yōu)的調(diào)溫性能，其中 相變材料含量為3 5 w t 。m i r o s l a wz u k o w s k i t l 8 】提出并研究了種短期蓄熱模塊用于地 板熱風(fēng)供暖系統(tǒng)的情況。這種蓄熱模塊的相變溫度范圍在4 9 - - - 5 7 之間，總蓄熱可達(dá) 2 4 0 2 6 2 j g 。kd a r k w a1 1 9 】對(duì)包含不同熔點(diǎn)p c m 的雙層長(zhǎng)方形蓄熱調(diào)溫模塊用于屋頂 時(shí)的調(diào)溫機(jī)理和使用效果進(jìn)行了比較詳細(xì)的模擬和實(shí)驗(yàn)研究。所研究的蓄熱模塊由長(zhǎng) 6 第一章緒論 方形不銹鋼容器包封共晶水合鹽構(gòu)成。結(jié)果表明：將含較高熔點(diǎn)相變材料和較低熔點(diǎn) 相變材料的兩個(gè)蓄熱體按從外到內(nèi)的順序夾在普通屋面材料和混凝土天花板之間可 實(shí)現(xiàn)全年自動(dòng)調(diào)溫，取得冬暖夏涼的效果。y o s h i n a r it 等人【2 0 】在2 0 0 2 年模擬了p c m 墻板的使用效果，模擬的p c m 為t h 2 9 ( 熔點(diǎn)為2 9 。c ) ，占?jí)w材料的3 0 。他們對(duì)夏 季兩個(gè)頂層房間的模擬熱舒適情況進(jìn)行了比較，其中一間房采用傳統(tǒng)墻體材料，另一 間貼有p c m 墻板。選取八月份非常熱而陽(yáng)光照度高的時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明室溫 及p c m 墻板表面溫度分別下降了2 5 和3 5 ，頂層房間的熱舒適性得到了改善。 h a w l a d e rmna 等人【2 ”報(bào)道了對(duì)含有m e p c m 的石膏灰泥作為輕型建筑結(jié)構(gòu)裝飾材料 的研究結(jié)果。他們用e s p r 軟件模擬了含p c m 石膏灰泥作為內(nèi)墻材料的調(diào)溫性能， 用5 0 0 x 5 0 0 m m 2 的試樣做實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了模擬研究的結(jié)果。為深化研究，他們分別在2 0 0 2 和2 0 0 3 年對(duì)含4 0 w t ( 6 r a m 厚) 和2 0 w t ( 1 5 m m 厚) 相變材料的石膏灰泥用于實(shí) 際大小的實(shí)驗(yàn)房所引起的調(diào)溫效果進(jìn)行了為期兩年的觀測(cè)。結(jié)果表明：使用含微膠囊 化p c m 的灰泥可以將室溫的波動(dòng)控制在4 以內(nèi)，顯著改善了室內(nèi)的熱舒適性。 表1 2 國(guó)外典型相變材料產(chǎn)品的熱性能帆1 1 】 t a b l e 1 - 2t h e r m a lp r o p e r t i e so fs o m ef o r e i 印p h a s ec h a n g em a t e r i a l s 7 北京化工人學(xué)碩十學(xué)位論文 國(guó)內(nèi)的一些研究單位在不同性能p c m 的開發(fā)、蓄熱性能模擬和計(jì)算、定形p c m 的研制、p c m 在建筑采暖領(lǐng)域的應(yīng)用等方面也開展了相關(guān)研究。冒東奎【1 9 】對(duì)安裝含 相變材料的壁板的房間做了熱性能測(cè)試，將試驗(yàn)結(jié)果與安裝普通壁板的房間進(jìn)行了比 較。林坤平等【2 2 】研究了定形p c m 在電加熱地板采暖方面的應(yīng)用，通過理論分析和實(shí) 驗(yàn)研究指出，定型相變材料可以用于電加熱地板輻射采暖。他們?cè)O(shè)計(jì)的電加熱地板采 暖系統(tǒng)自下而上依次為保溫層、電加熱層、定形p c m 板和木質(zhì)地板。譚羽非【2 ”將p c m 與建筑材料復(fù)合，制成一種新型相變蓄熱墻體，這種墻體可充分利用夜間低價(jià)電蓄熱， 作為白天供暖的輔助熱源，降低采暖系統(tǒng)的投資與能耗。葉宏等【2 4 】提出了以一種定形 p c m ( 相變溫度2 1 6 。c ，相變潛熱3 7 j g ) 作為蓄熱介質(zhì)的新型地板輻射采暖系統(tǒng)， 建立了相應(yīng)的理論模型，并作了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究發(fā)現(xiàn)，熔點(diǎn)在3 2 左右的 定形p c m 是該系統(tǒng)較理想的蓄熱材料。計(jì)算結(jié)果表明相變蓄熱式地板輻射采暖系統(tǒng) 控制簡(jiǎn)單，不僅節(jié)省能源，而且能提供舒適的熱環(huán)境。國(guó)內(nèi)一些單位的研究情況見表 1 4 。 表l - 4 國(guó)內(nèi)公司開發(fā)的p c m 產(chǎn)品 t a b l e 1 - 4p h a s ec h a n g em a t e r i a l sd e v e l o p e di nc h i n a 盡管相變材料在建筑節(jié)能領(lǐng)域的各種應(yīng)用研究已經(jīng)廣泛開展，但對(duì)于本研究所涉 8 第一章緒論 及到的主要由聚合木原料和相變蠟構(gòu)成的調(diào)溫板材的相變機(jī)理及應(yīng)用效果研究還沒 有見到。中國(guó)化工信息中心于2 0 0 6 年2 月1 6 日完成的名為“相變蓄熱調(diào)溫聚合木地 板及板材的研制”的查新報(bào)告結(jié)論為：經(jīng)過微膠囊包封處理的相變蓄熱材料、木質(zhì)纖 維材料及聚合物材料等經(jīng)專門聚合設(shè)備成型的自然調(diào)溫木材產(chǎn)品，調(diào)溫相變點(diǎn)可實(shí)現(xiàn) 1 6 , - - - 2 6 ，新型的自然調(diào)溫地板和板材實(shí)現(xiàn)了零甲醛，國(guó)內(nèi)外未見文獻(xiàn)報(bào)道，具有新 穎性”。與其他以物理吸附或熔融共混等方法制備的相變蓄熱調(diào)溫建筑材料相比，聚 合木基調(diào)溫地板有其特殊性，表現(xiàn)在：事先對(duì)相變蠟進(jìn)行微膠囊化，可完全避免p c m 的泄漏問題；在相變過程中宏觀上沒有液相產(chǎn)生，這使其調(diào)溫機(jī)理不同于尺寸較大的 球形、圓柱形、平板形等容器封裝的p c m 的相變機(jī)理；相變蓄熱調(diào)溫地板中的聚合 物作為該多元體系中的連續(xù)相，提高了板材整體的熱導(dǎo)率；當(dāng)相變蠟在基體中分布非 常均勻時(shí)，整個(gè)板材表現(xiàn)出一定的各向同性，各處的熱導(dǎo)率、比熱等宏觀物理性質(zhì)差 別不大，這對(duì)開展本項(xiàng)研究是有利的。 綜上所述，在國(guó)內(nèi)，有關(guān)聚合木基相變蓄熱調(diào)溫板材的研究開發(fā)尚未有相關(guān)報(bào)道。 在國(guó)外，關(guān)于相變材料在板材中的應(yīng)用，僅德國(guó)r u b i t h e r m 公司有公開報(bào)道，他們是 將相變材料直接摻混在木纖維中，制成f b 系列纖維板，用于運(yùn)輸保溫箱中。本課題 所研制的用于輻射采暖的相變蓄熱調(diào)溫地板，可以實(shí)現(xiàn)在一定溫度范圍內(nèi)對(duì)室內(nèi)進(jìn)行 自動(dòng)蓄熱調(diào)溫的功能，達(dá)到節(jié)能的目的。將微觀和宏觀相結(jié)合、理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合， 從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)對(duì)聚合木基相變蓄熱調(diào)溫地板的調(diào)溫機(jī)理進(jìn)行深入研究，將大大促進(jìn) 這種新型建筑材料的生產(chǎn)和應(yīng)用。 1 4 定形相變蓄熱材料的應(yīng)用 1 4 1 工業(yè)過程廢熱和余熱的回收利用 工業(yè)過程的余熱既存在連續(xù)型余熱又存在間斷型余熱。對(duì)于連續(xù)型余熱，通常采 取預(yù)熱原料或空氣等手段加以回收，而間斷型余熱因其產(chǎn)生過程的不連續(xù)性未被很好 的利用，如有色金屬工業(yè)、硅酸鹽工業(yè)中的部分爐窯在生產(chǎn)過程中具有一定的周期性， 造成余熱回收困難，因此，這類爐窯的熱效率通常低于。相變蓄熱突出的優(yōu)點(diǎn)之一就 是可以將生產(chǎn)過程中多余的熱量?jī)?chǔ)存起來并在需要時(shí)提供穩(wěn)定的熱源，它特別適合于 間斷性的工業(yè)加熱過程或具有多臺(tái)不同時(shí)工作的加熱設(shè)備的場(chǎng)合，采用熱能儲(chǔ)存系統(tǒng) 利用相變蓄熱技術(shù)可節(jié)能巧。根據(jù)加熱系統(tǒng)工作溫度和儲(chǔ)熱介質(zhì)的不同，應(yīng)用于工業(yè) 加熱的相變蓄熱系統(tǒng)可分為蓄熱換熱器、蓄熱室式蓄熱系統(tǒng)和顯熱潛熱復(fù)合蓄熱系統(tǒng) 三種形式。蓄熱換熱器適用于間斷性工業(yè)加熱過程，是一種蓄熱裝置和換熱裝置合二 為一的相變蓄熱換熱裝置。它采取管殼式或板式換熱器的結(jié)構(gòu)形式，換熱器的一側(cè)填 充相變材料，另一側(cè)則作為換熱流體的通道。當(dāng)間歇式加熱設(shè)備運(yùn)行時(shí)，煙氣流經(jīng)換 熱器式蓄熱系統(tǒng)的流體通道，將熱量傳遞到另一側(cè)的相變介質(zhì)使其發(fā)生固液相變，加 9 北京化t 大學(xué)碩士學(xué)位論文 熱設(shè)備的余熱以潛熱的形式儲(chǔ)存在相變介質(zhì)中。當(dāng)間歇式加熱設(shè)備從新工作時(shí)，助燃 空氣流經(jīng)蓄熱系統(tǒng)的換熱通道，與另一側(cè)的相變材料進(jìn)行換熱，儲(chǔ)存在相變材料中的 熱量傳遞到被加熱流體，達(dá)到預(yù)熱的目的。相變蓄熱換熱裝置另一個(gè)特點(diǎn)是可以制造 成獨(dú)立的設(shè)備，作為工業(yè)加熱設(shè)備的余熱利用設(shè)備使用時(shí)，并不需要改造加熱設(shè)備本 身，只要在設(shè)備的管路上進(jìn)行改造就可以方便地使用。蓄熱室式蓄熱系統(tǒng)在工業(yè)加熱 設(shè)備的余熱利用系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的蓄熱器通常采用耐火材料作為吸收余熱的蓄熱材料， 由于熱量的吸收僅僅是依靠耐火材料的顯熱熱容變化，這種蓄熱室具有體積大、造價(jià) 貴、熱慣性大和輸出功率逐步下降的缺點(diǎn)，在工業(yè)加熱領(lǐng)域難以普及應(yīng)用。相變蓄熱 系統(tǒng)是一種可以替代傳統(tǒng)蓄熱器的新型余熱利用系統(tǒng)，它主要利用物質(zhì)在固液兩態(tài)變 化過程中的潛熱吸收和釋放來實(shí)現(xiàn)熱能的儲(chǔ)存和輸出。相變蓄熱系統(tǒng)具有蓄熱量大、 體積小、熱慣性小和輸出穩(wěn)定的特點(diǎn)。與常規(guī)的蓄熱室相比，相變蓄熱系統(tǒng)體積可以 減小。 1 4 2 建筑節(jié)能領(lǐng)域 蓄熱相變材料應(yīng)用于建材始于1 9 8 2 年，由美國(guó)能源部太陽(yáng)能司發(fā)起。相變蓄熱 用于建筑節(jié)能領(lǐng)域，能夠減輕能源的供求之間在時(shí)間和速度上的不匹配程度，有著很 好的發(fā)展前景。用于節(jié)能建筑的相變材料應(yīng)具有這幾個(gè)特點(diǎn)：熔化潛熱高、相變中能 儲(chǔ)存或放出較大的熱量，相變過程可逆性好、膨脹收縮性小、無過冷和過熱現(xiàn)象，有 合適的相變溫度、能滿足需要控制的特定溫度，導(dǎo)熱系數(shù)大、密度大、比熱容大，相 變材料無毒、無腐蝕性，成本低【2 5 1 。 1 4 2 1 蓄熱調(diào)溫墻體 蓄熱調(diào)溫墻體材料最初是美國(guó)2 0 世紀(jì)8 0 年代中期開始研究的一種含有相變材料 的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料，根據(jù)不同的建材基體可將其分為三類：一是以石膏板為基材的 蓄熱石膏板，主要用作墻體內(nèi)襯和室內(nèi)裝修；二是以混凝土為基材的蓄熱調(diào)溫混凝土， 主要用作外墻材料；三是以保溫隔熱材料為基材，制備的高效節(jié)能型保溫材料。蓄熱 調(diào)溫墻板增加了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱惰性，大大降低了通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量，可顯著提高 室內(nèi)環(huán)境的熱舒適性【2 6 1 。 蓄熱調(diào)溫石膏板( 如圖1 1 所示) 、蓄熱調(diào)溫混凝土一般做成板狀或空心砌塊直接 用于建筑墻體。將蓄熱調(diào)溫墻體材料與一定的通風(fēng)方式及性能良好的保溫材料相結(jié) 合，能起到更好的蓄能、節(jié)能作用。比如在蓄熱調(diào)溫墻體中設(shè)置風(fēng)道，利用夜間通風(fēng)， 在冬季可以由空氣將墻體日間所蓄熱量帶入室內(nèi)供夜間采暖之用；在夏季可以將墻體 在夜間散入室內(nèi)的熱量帶出，降低夜間空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷；還可以在蓄熱調(diào)溫墻體或樓 板中設(shè)置電加熱器、冷( 熱) 水管等輔助熱源。美國(guó)l o sa l a m o s 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室( l a n l ) 的 計(jì)算結(jié)果表明，使用相變墻可使建筑的逐時(shí)負(fù)荷均勻化，減少空調(diào)設(shè)備的初投資和運(yùn) 第一章緒論 行費(fèi)用 耐烹 圖i - i 蓄熱調(diào)溫石膏墻板 f 虹1 - 1 0 髓岫v a l b 蚰r 4 w i 血m c p c m 國(guó)外對(duì)一些相變墻體材料的調(diào)溫機(jī)理與調(diào)溫效果進(jìn)行了研究。k a l o u s e k 等人l q 在 2 0 0 2 年模擬了p c m 墻板的使用效果模擬的p c m 為t i t 2 9 ( 熔點(diǎn)為2 9 ) 占?jí)w材 料的3 0 。他們對(duì)夏季兩個(gè)頂層房間的模擬熱舒適情況進(jìn)行了比較，其中一間房采用 傳統(tǒng)墻體材料，另一間貼有p c m 墻板。選取八月份非常熱而陽(yáng)光照度高的時(shí)間進(jìn)行 實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明室溫及p c m 墻板表面溫度分別下降了2 5 和35 c 。ps c h o s s i g 等 人【q 報(bào)道了對(duì)含有m e p c m 的石膏灰泥作為輕型建筑結(jié)構(gòu)裝飾材料的研究結(jié)果。他們 用e s p - r 軟件模擬了含p c m 的石膏扶泥作為內(nèi)墻材料的調(diào)溫性能，用5 0 0 x 5 0 0 a t h l 2 的試樣餓實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了模擬研究的結(jié)果。為深化研究，他們分別在2 0 0 2 和2 0 0 3 年對(duì)含 4 0 w t ( 6 m m 厚) 和2 0 w t ( 1 5 m n 厚) 相變材料的石膏灰泥用于實(shí)際大小的實(shí)驗(yàn) 房所起的調(diào)溫效果進(jìn)行了觀測(cè)。結(jié)果表明：使用含微膠囊化p c m 的灰泥可將室溫的 波動(dòng)控制在4 c 以內(nèi)，顯著改善了室內(nèi)的熱舒適性。德國(guó)b a s f 公司研制的相變砂漿 含l o 2 0 w t 的微膠囊化石蠟，用這種砂漿抹于內(nèi)隔墻每平方米墻面含有7 5 0 1 5 0 0 克石蠟，每2 c m 厚的石蠟砂漿蓄熱能力相當(dāng)于2 0 c m 厚的磚木結(jié)構(gòu)墻。該砂漿已用于 德國(guó)建筑節(jié)能工程中。 在國(guó)內(nèi)，研究蓄熱調(diào)溫墻體材料及其應(yīng)用的單位有清華大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、哈 爾濱工業(yè)大學(xué)、沈陽(yáng)建筑科技大學(xué)、河北工業(yè)大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)、重慶 大學(xué)、西北師范大學(xué)等。研究?jī)?nèi)容主要包括：相變溫度在1 5 o 3 0 c 之間的有機(jī)類相 變材料的篩選和熱物性研究、相變材料與普通建筑材料復(fù)合制各蓄熱調(diào)溫墻體的方法 研究及樣品性能分析、建造模型房評(píng)價(jià)蓄熱調(diào)溫墻體材料的節(jié)能、調(diào)溫效果u - i 。 1 _ 4 2 2 蓄熱調(diào)溫地板 蓄熟調(diào)溫地板白天吸收并儲(chǔ)存照射進(jìn)來的太陽(yáng)熱能晚上當(dāng)室溫下降時(shí)通過內(nèi)含 北京化i 大學(xué)碩士學(xué)傳論文 的相變材料的固化釋放熱量，補(bǔ)償室內(nèi)的熱需求，從而減小室溫的波動(dòng)。蓄熱調(diào)溫地 板可用于被動(dòng)式太陽(yáng)房在冬季晴朗的天氣甩可實(shí)現(xiàn)完全利用太陽(yáng)能對(duì)室內(nèi)進(jìn)行輻射 供暖；在陰雨天則可以和電加熱系統(tǒng)配合，利用夜b j 的低谷電加熱蓄能，白天關(guān)閉電 加熱系統(tǒng)，利用蓄熱地板在夜問儲(chǔ)存的熱能實(shí)現(xiàn)輻射采暖。與傳統(tǒng)的對(duì)流式散熱器相 比，地板采暖能節(jié)省空間，能以較低的室內(nèi)溫度滿足