建筑節(jié)能中相變材料的運用探究

1、建筑節(jié)能中相變材料的運用探究相變儲熱技術(shù)利用物質(zhì)相變潛熱對能量進(jìn)行科學(xué)貯存和利用，是理想的建筑節(jié)能方法，下面是搜集的一篇相關(guān)論文范文，歡迎閱讀引言隨著人類生活水平的不斷提高，建筑能源消費增長迅速。以發(fā) 展中國家為例，其建筑能源消費增量極為驚人，早就超過發(fā)達(dá)國家能 源總消費量的20%1.建筑節(jié)能已經(jīng)成為能源安全與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略 的重要環(huán)節(jié)，是當(dāng)今活躍的研究方向之一2,3.相變儲熱技術(shù)利用物 質(zhì)相變潛熱對能量進(jìn)行科學(xué)貯存和利用，不僅能解決和緩解能量在時 間、空間、強度及地點上轉(zhuǎn)換和供需的不匹配，既方便高效利用能源 又利于節(jié)能減排，而且還具有溫控系統(tǒng)裝置簡單、維修管理方便和性 價比高等優(yōu)點，是理想的

2、建筑節(jié)能方法4-7.凡物理性質(zhì)會隨溫度變 化而改變，并能提供潛熱的物質(zhì)，均是相變儲熱材料，簡稱為相變材 料(Phase change materials,PCM).PCM是相變儲熱技術(shù)的核心物質(zhì)， 其性價比關(guān)系該技術(shù)的應(yīng)用前景。因此，研究高性價比的PCM，往往 是開發(fā)相變儲熱技術(shù)的關(guān)鍵。已有諸多文獻(xiàn)詳盡報道了 PCM的研究進(jìn) 展4-11,然而，只有少數(shù)文獻(xiàn)扼要介紹PCM的建筑節(jié)能應(yīng)用12,13.本文將系統(tǒng)介紹相變材料及其在建筑節(jié)能中的應(yīng)用研究進(jìn)展。1、PCM的分類與選擇PCM的分類按化學(xué)成分，PCM可分為無機(jī)、有機(jī)和復(fù)合型3類;按相變形式， 常分為固-液、固-固、液-氣和固-氣型4類;按相變溫

3、度，又可分為 低溫、中溫和高溫型3類;按儲熱方式，還可分為顯熱、潛熱及反應(yīng) 儲熱型3類9.以下按化學(xué)分類法介紹PCM.無機(jī) PCM無機(jī)PCM主要有水合無機(jī)鹽、無機(jī)鹽、熔鹽和金屬合金。水合 無機(jī)鹽可用ABnH2O通式表示，在相變時會脫水，并轉(zhuǎn)化成含水更 少的鹽，其相變溫度一般低于100C,適用作低溫PCM,主要有堿金屬、 堿土金屬的水合鹵化物、氯酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽 和醋酸鹽等，其中，以CaCl26H2O的性價比為最高，應(yīng)用最廣14. 不一致熔融是此類PCM的通病，表現(xiàn)為釋放的水不足以完全溶解相變 過程所形成的鹽，易產(chǎn)生密度差、相分離和沉淀等不利應(yīng)用的負(fù)面問 題，通常需加入膠凝劑

4、或增稠劑加以解決。成核能力差，使用過程易 出現(xiàn)過冷是它們的另一缺點，添加成核劑或保留少量晶體充當(dāng)成核點 是常用的克服方法。此外，它們在使用時一旦泄漏，還容易腐蝕設(shè)備 與裝置。無機(jī)鹽主要包括鋰、鈉、鉀、鋁和鎂的鹵化鹽、硝酸鹽、碳酸 鹽及氧化物，可滿足1901280C的相變溫度需求14.但是，單一無 機(jī)鹽的熔程較窄，因不含有結(jié)晶水，所以通常會將多種無機(jī)鹽混合形 成共晶熔鹽，這樣一則調(diào)節(jié)相變溫度和儲熱量，二則減少體積變化， 改善傳熱并降低成本15.熔鹽PCM具有飽和蒸汽壓低、使用溫度高、 熱穩(wěn)定性好、對流傳熱系數(shù)佳和價格低廉等優(yōu)點，但是它們的導(dǎo)熱系 數(shù)低、高溫腐蝕性強。鋁、銅、鎂、鋅的二元和三元合金

5、，具有導(dǎo)熱 性好、相變潛熱大、熱穩(wěn)定性高，體積變化小和無過冷等優(yōu)點，可以 彌補前述無機(jī)鹽PCM的不足;但是它們的成本較高，也有高溫腐蝕性 問題。有機(jī) PCM按分子量，有機(jī)PCM多分為：（1）低分子類，如脂肪烴、脂肪酸、 糖醇和酯等，主要發(fā)生固-液相變；（2）聚合物類，如聚烯烴、聚氨酯、 聚多元醇以及它們的共聚物，主要發(fā)生固-固相變。固體成形好、腐 蝕性小、過冷少且不易發(fā)生相分離是有機(jī)PCM的優(yōu)點5;但是它們的 導(dǎo)熱系數(shù)小、熱穩(wěn)定性差、可分解燃燒，且在使用過程中易發(fā)生泄漏 或老化失效，往往需要添加導(dǎo)熱劑和封裝加以避免8.石蠟是最常用的有機(jī)PCM,具有CnH2n+2(20WnW40)分子通式， 為

6、直鏈烷烴混合物，其相變溫度會隨分子量增大而升高(4.568C), 其熔融焓則隨組分不同而變化(152244kJ/kg)16;商用石蠟的相變 溫度與熔融焓通常在55 C上下和200kJ/kg左右。石蠟無反應(yīng)活性， 不腐蝕金屬，使用金屬容器封裝比較安全;若選用高聚物尤其是聚烯 烴容器，必須考慮其滲透與溶脹對容器性能的劣化影響。石蠟PCM最 大的不足是熱導(dǎo)率太低，無法提供所需的熱交換比率，通常須添加導(dǎo) 電性粒子加以克服14.脂肪酸是非石蠟PCM的代表，其相變溫區(qū)為 -1581C，相變焓范圍為45210kJ/kg8,17,常見的有辛酸、癸酸、 月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸和硬脂酸等。脂肪酸PCM具有如下優(yōu)

7、點： (1)多自然，可生物降解，污染小；(2)可全等熔化，熔融焓高；(3)化 學(xué)及熱穩(wěn)定好，在數(shù)以十萬計的熱(熔化/凍結(jié))循環(huán)過程中無顯著熱 解；(4 )具有較佳的熔化-凍結(jié)重現(xiàn)性，很少或基本無過冷行為17. 然而，脂肪酸比石蠟貴，有輕度腐蝕性，并具有不愉快氣味。脂肪酸 的酯衍生物可在較窄的溫度區(qū)間實現(xiàn)固-液轉(zhuǎn)變，并且其混合物還能 形成共晶，類似于許多無機(jī)熔鹽，所以很少或基本無過冷行為。因此， 酯也是潛在的理想PCM，常見的主要有硬、軟脂酸的甲酯、異丙酯、 正丁酯、十六酯和甘油三酯等，以及它們的共熔混合物。值得注意的 是，甘油三酯在應(yīng)用時容易出現(xiàn)多態(tài)相變，而一元酯則不會14.糖 醇具有較高的相

8、變溫區(qū)90200C,是潛在的中溫有機(jī)PCM,盡管已有 四十多年的研究歷史，但至今受關(guān)注仍不高。木糖醇、赤薛醇和甘露 醇等是該家族中熔融焓較高的成員。聚乙二醇(PEG)擁有-CH2-CH2-O- 重復(fù)單元，為半結(jié)晶聚合物，結(jié)晶度可達(dá)83.8%96.4%18，具有較 高的熔融焓117188kJ/kg19,20,是聚合物類PCM的重要成員。PEG的相變溫度為470C,隨其分子量增加而升高;為拓寬其相 變溫區(qū)，常將PEG和脂肪酸共混，同時共混還利于提高其熔融焓21.與多數(shù)有機(jī)PCM 一樣，PEG最大的問題也是熱導(dǎo)率較低。以上列舉的均是固-液型PCM,它們的相變體積變化大且易發(fā)生 泄漏。固-固型PCM可

9、以彌補它們的不足，但成本較高;多元醇、改性 聚乙二醇、烷基銨、聚烯烴和聚氨酯等均可用作固-固PCM14,22,23. 季戊四醇、甘油、三羥甲基乙烷、三(羥甲基)氨基甲烷、新戊二醇和 2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇等是常見的多元醇，它們在低溫下幾乎都 呈異質(zhì)相，但是當(dāng)溫度升到其固-固相轉(zhuǎn)變溫度時，它們都會形成一 個正面心立方晶相以吸收氫鍵能。改性聚乙二醇主要是指：PEG與淀粉或纖維素(含纖維素酯及醚)的物理混合體或化學(xué)接 枝物，它們的相變行為具有如下特點：(1)物理共混改性時，傾向于 液-固相變，而化學(xué)接枝時，則易發(fā)生固-固相變24;(2)PEG為共混 物的少組分，方可實現(xiàn)完全固-固相變25

10、;(3)物理共混物的相變焓 主要由其體系內(nèi)氫鍵的強度和數(shù)量決定26;(4)接枝改性PEG的相 變主要發(fā)生在側(cè)鏈上的晶態(tài)與非晶態(tài)PEG間，并且其相變溫度還可通 過改變側(cè)鏈PEG的分子量來調(diào)節(jié)27.共聚合改性，可大大改善PEG 的熱穩(wěn)定性，但是難度大、成本高23.讓多元醇、PEG分別與多異 氤酸酯反應(yīng)，均可衍生為聚氨酯(PU);此類PU的相變行為與接枝改 性PEG的類似28.此外，有報道稱高密度聚乙烯和反式1,4-聚丁二 烯也是潛在的固-固PCM29.復(fù)合 PCM單一無機(jī)或有機(jī)PCM 一般都有缺點。將性能具有互補性的兩種 及以上材料復(fù)合，不僅可賦予材料更全面的性能，利于改善應(yīng)用效果、 拓寬使用范圍

11、，而且能降低成本10.因此，復(fù)合PCM往往更具實用 價值和市場空間。按狀態(tài)通常將復(fù)合PCM分為混合PCM和定型PCM兩 大類9.前者制造簡單、相變溫度易調(diào)，但是容易泄漏，需要封裝， 否則使用不安全30;后者是利用膠囊、多孔或插層等基材作為支撐 將相變物質(zhì)包封于微小空間內(nèi)，具有無需封裝、使用安全等優(yōu)點，但 是制備工藝復(fù)雜、成本高。通過復(fù)合來強化傳熱是PCM研究的焦點，主要依托物理組合、 物理共混、化學(xué)改性、微膠囊包封和納米復(fù)合等技術(shù)。所謂物理組合， 是指根據(jù)實際需要在空間上對不同性能的PCM作特殊的排列與組合， 主要有4種方式：(1)沿傳熱方向串聯(lián)不同的PCM;(2)沿 垂 直傳熱 方向并 聯(lián)不

12、同的PCM31;(3)將PCM填入傳統(tǒng)材料的孔穴中32;（4）金屬肋片與PCM同用。物理共混，是指通過添加微納米尺寸 的金屬、石墨、碳纖維和聚苯胺等物質(zhì)來改善PCM的導(dǎo)熱性能?；瘜W(xué)改性，主要是指：（1）二元或多元無機(jī)鹽的混合，（2）有機(jī)- 無機(jī)接枝或雜化，（3）單體共聚合改性，（4）摻雜制備金屬合金。微膠 囊包封，是以相變物質(zhì)為芯，用金屬、陶瓷、高分子或聚合物等作膜 壁將芯包埋在微小而密封的膠囊中33;多以密胺樹脂、脲醛樹脂、 酚醛樹脂和聚烯烴共聚物作膜壁;當(dāng)壁材與相變物質(zhì)極性接近時，也 可以通過物理共混來包封，得到類似于微膠囊包封的PCM34,35.納 米復(fù)合，則是指利用特殊的納米尺寸效應(yīng)，

13、通過調(diào)節(jié)或改變聚集態(tài)結(jié) 構(gòu)，以改進(jìn)PCM的綜合性能，包括儲能效率、使用壽命、力學(xué)性能和 相變溫區(qū)等36;例如，納米流體37和納米膠囊38等新型PCM性 能優(yōu)異，正引領(lǐng)著相變儲熱技術(shù)發(fā)展的新方向39.PCM的選擇通則綜合權(quán)衡其在化學(xué)、熱力學(xué)、動力學(xué)和經(jīng)濟(jì)性等多方面的性能， 是選擇PCM的基本原則11.首先，要有相對的化學(xué)穩(wěn)定性，經(jīng)反復(fù) 使用性狀不發(fā)生質(zhì)的改變;并且安全無毒害，不易燃爆，腐蝕性小， 無揮發(fā)或擴(kuò)散污染。其次，符合熱力學(xué)性能要求，熔沸點高，難揮發(fā) 損失;密度大，單位體積儲熱量大，且相變過程體積變化小;導(dǎo)熱性好， 相變溫度合適、潛熱高，且相態(tài)轉(zhuǎn)變均勻有序。再次，滿足動力學(xué)性 能要求，相變

14、速率快、可逆性好，結(jié)晶時速度要快，凝固時過冷度應(yīng) 小，熔化時宜無過飽和。最后，還要適應(yīng)商業(yè)經(jīng)濟(jì)規(guī)律，不僅要原料 易得，成本低廉，而且還要滿足技術(shù)性能要求，具有良好的工業(yè)價值。 然而，在實際中，很難研發(fā)或?qū)ふ彝耆仙鲜鲈瓌t的PCM，通常是 優(yōu)先考慮相變溫度合適、相變潛熱高和價格低廉，然后再去考慮其它 因素。具有局部性能缺陷，是諸多PCM的共性，可采取特定技術(shù)措施 加以克服3137.2、PCM在建筑節(jié)能中的應(yīng)用PCM在建筑節(jié)能中的作用2.1.1供冷或供熱供冷，即依靠PCM利用天然冷源為建筑制冷，適用于晝夜溫差 較大以及常年或冷季仍需要供冷的建筑，如配電房、計算機(jī)房、大型 商場以及大型辦公建筑內(nèi)區(qū)

15、等。PCM在其中主要起按需存儲與釋放冷能的作用，通常是夜間凝 固存儲冷能，而白天熔融釋放冷能（從照明、供暖和通風(fēng)等系統(tǒng)吸收 熱量，使建筑冷卻）6.PCM供冷系統(tǒng)不僅節(jié)省人工制冷能耗，利于 減少溫室氣體排放，而且還可改善人居舒適度。Walsh B P等40將水合無機(jī)鹽PCM引入工業(yè)蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，用于夜間存儲冷能，經(jīng)模擬計算發(fā)現(xiàn)，PCM在高峰期可減少67%冷凍機(jī)組的運行。Mosaffa A H 等41用 10mm 的 CaCl2 - 6H2O 基 PCM 板將 3.2mm 矩形通氣孔隔開，設(shè)計了一種寬1.3m類似百葉窗的供冷系統(tǒng)，該系 統(tǒng)能在2536C炎熱氣候下提供良好的舒適度。當(dāng)然，也可依靠PC

16、M 利用天然熱源為建筑制熱，不妨稱之為供熱。值得強調(diào)的是，供熱在 原理上同供冷是一樣的，只不過從節(jié)能效果上看，它節(jié)省的是人工供 熱能耗，而后者節(jié)省的是人工制冷能耗。2.1.2削峰填谷削峰填谷主要是指將電力高峰負(fù)荷的用戶需求轉(zhuǎn)移到電力低谷 負(fù)荷時段。通過電控系統(tǒng)使PCM建材在非高峰期存儲熱能或冷能，而 在高峰期間將其釋放出來，是實現(xiàn)削峰填谷的主要途徑。削峰填谷可 在很大程度上緩解建筑能量供求在時間和強度上不匹配的矛盾，對加 強電力需求側(cè)管理以實現(xiàn)建筑節(jié)能具有重大意義。閆全英等30往復(fù)合輻射供暖板的硅鈣板結(jié)構(gòu)層中添加石蠟基PCM,大大提升 了該地板的儲熱能力，經(jīng)數(shù)值模擬分析發(fā)現(xiàn)用該地板構(gòu)建的供暖系

17、統(tǒng) 不僅能節(jié)約電費，而 且還可以起削峰填谷作用。Jin X等42將熔融溫度分別為38C和18C的PCM材料串聯(lián)， 依次作為供熱與制冷層，獲得了具有削峰填谷功能的雙層 PCM地板：當(dāng)PCM熔融焓均為150kJ/kg時，該雙層PCM地板在高峰 期供熱或制冷所放吸的能量分別比同質(zhì)無PCM地板高41.1%和37.9%.PCM在建筑中的節(jié)能方式2.2.1被動式節(jié)能被動式節(jié)能是指建筑物本身通過各種自然的方式來收集和儲存 能量，使之與其周圍的環(huán)境形成能量自循環(huán)系統(tǒng)，而不需要耗能設(shè)備 支持即能充分利用自然資源，進(jìn)而可明顯減少傳統(tǒng)能耗，在現(xiàn)代建筑 設(shè)計中往往被優(yōu)先考慮43.被動式建筑系統(tǒng)最大的不足就是容易過 熱

18、或過冷，用PCM建材完全或部分替代傳統(tǒng)建材，可顯著降低被動式 建筑系統(tǒng)的過熱或過冷的年小時數(shù)，從而改善人居舒適度，并利于節(jié) 能減排。Sage-Lauck J S等44用儀表監(jiān)控并研究一棟兩層復(fù)式公寓的 室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)和建筑能源使用狀況，該復(fù)式公寓呈鏡像平分為兩 個單元，其中一個單元安裝有130kg的PCM,另一單元則沒有;經(jīng)觀測 數(shù)據(jù)分析和計算模擬評估，他們發(fā)現(xiàn)安裝PCM能將公寓全年的過熱小 時數(shù)減少1/2,極大改善了舒適性。Castell A等45用石蠟填充的PCM磚構(gòu)建被動式建筑節(jié)能系統(tǒng)，經(jīng)比較研究發(fā)現(xiàn)，PCM磚較普通磚 具有更好的儲熱能力，能緩沖溫度變化，減少主動供能干預(yù)，從而在 單個

19、夏季可節(jié)省15%的電耗，每年則會削減11.5kg/m2的CO2排量。2.2.2主動式節(jié)能主動式節(jié)能是指利用各種機(jī)動設(shè)備組成主動系統(tǒng)來收集、轉(zhuǎn)化 和儲存能量，以充分利用太陽能、風(fēng)能、水能、生物能等可再生能 源，同時提高傳統(tǒng)能源的使用效率43. 利用PCM良好的儲 熱與散熱性能，構(gòu)建主動式加熱、通風(fēng)及空調(diào)系統(tǒng)，尤其適用于建筑 節(jié)能46.由于被動式和主動式節(jié)能方法相輔相成、密切聯(lián)系、難以 界分，所以已被研究的主動式節(jié)能系統(tǒng)幾乎都是兼有被動式和主動式 節(jié)能機(jī)制。將兩種節(jié)能機(jī)制聯(lián)用的潛在益處還在于既能提高節(jié)能效率， 又可削減機(jī)動設(shè)備成本。李建等47設(shè)計了一種電加熱相變地板供暖 系統(tǒng)，自下而上由保溫層、電

20、加熱層、石蠟-石膏相變層和覆蓋層組 成，集被動式和主動式節(jié)能機(jī)制于一體;該系統(tǒng)儲熱能力好，可平緩 室內(nèi)氣溫變化，能改善人居舒適度，且比普通地板供暖系統(tǒng)更省電。Belmonte J F等48用石蠟基PCM復(fù)合的地板、天花板，搭建 了兼有水力輻射制冷系統(tǒng)和空氣熱回收系統(tǒng)的模型房屋，并對其建筑 能耗做了模擬研究，結(jié)果表明使用PCM可使模型房屋對制冷需求減少 了 50%以上。PCM在建筑節(jié)能中的應(yīng)用形式將PCM與傳統(tǒng)建材復(fù)合成PCM建材后，再用于建造建筑，是PCM 在建筑節(jié)能中的主要應(yīng)用形式;常用復(fù)合方法有13:(1)直接加入法， 將PCM與水泥、石膏、砂漿和混凝土等直接混合(2)浸滲法，將混凝 土、

21、磚塊和墻板等浸泡在液相PCM中，通過毛細(xì)管作用吸收PCM;(3) 封裝法，包括吸附封裝和微膠囊封裝，吸附封裝是以吸附和浸漬的方 式將PCM吸附到膨潤土、膨脹石墨、膨脹珍珠巖等多孔材料中，制備 成顆粒型PCM建材;微膠囊封裝則是往粒徑為11000 um的顆粒PCM 表面包覆一層天然或人工合成的高分子薄膜，然后再將微膠囊PCM摻 入、吸附或填充于傳統(tǒng)建材中。PCM流體PCM流體主要由PCM顆粒和傳熱流體組成，可 以相變微膠囊漿液或相變?nèi)橐盒问酱嬖?它為潛熱功能流體，具有兩 相熱轉(zhuǎn)換，在相變溫度范圍內(nèi)較傳統(tǒng)單相的熱流體具有更大表觀比熱， 并且PCM流體還會顯著增大流體與管壁之間的傳熱速率，減少泵的質(zhì)

22、 量流率和能量消耗。因此，PCM流體在加熱、通風(fēng)、空調(diào)、制冷和熱 交換等方面具有許多潛在的重要應(yīng)用49.已工程化應(yīng)用的PCM流體 主要有3類：(1)相變漿液，其相變元件是微膠囊或球狀的定形PCM, 懸浮于傳熱流體中;(2)可熔乳液，用表面活性劑將PCM懸浮分散于流 體載體中；(3)冰漿50.PCM 砂漿相對于普通砂漿，PCM砂漿往往具有更好的調(diào)溫、保溫和隔熱 性能，更高的抗壓強度和碳化深度。柯倩倩等51用改性硅酸鈣粉末 包覆的石蠟/膨脹珍珠巖PCM,與水泥砂漿復(fù)合獲得了 PCM砂漿，該PCM 砂漿具有良好的調(diào)溫性能，可以降低室溫波動和減小最大溫度值，并 且PCM摻量越大，調(diào)溫效果越明顯。Ven

23、tolaL等52摻用5%15%石蠟基PCM改善了石灰砂漿的綜合 性能：相變焓增高了 14.3527.15kJ/kg,抗壓強度提升近2倍，碳化 深度則升高超2倍。聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、叔碳酸乙烯酯、乙烯基 共聚物等與傳統(tǒng)砂漿相容性好，若以這些聚合物作為PCM的微膠囊壁 材，還可以改善砂漿的粘合性、抗裂性及韌性12.然而，所摻的PCM 若為可燃物或含有可燃包覆層，PCM砂漿的阻燃性能將會下降，故此 時摻量不宜過大，例如商用GR27PCM的摻量高于25%時 較 易 燃， 所得PCM砂漿只適用于低級防火場合53.PCM 混凝土PCM混凝土的儲熱、散熱與調(diào)溫性能好，應(yīng)用范圍廣，已受到 20多年的高度關(guān)注

24、54.朱祥等55以稻稈、水玻璃膠和Na2SO410H2O為原料，經(jīng)浸漬-模壓法，制備了 PCM板，再將該板 插入帶有槽型孔的混凝土磚中，得到PCM組合混凝土磚;經(jīng)測試發(fā)現(xiàn) 將預(yù)制的PCM板與混凝土多孔磚組合，能改善原混凝土磚的保溫性能， 但是效果不顯著，主要是因為這種簡單方式的組合，一則無法達(dá)成 PCM混凝土結(jié)構(gòu)均一，易引發(fā)受熱與傳導(dǎo)的不均，二則PCM于混凝土 的負(fù)載量受限，結(jié)果其儲能效果欠佳。填充式組合能有 效提高PCM在混凝土中的負(fù)載量，因此更利于改善混凝土的保溫性 能。Karim L等34在100C以上，將石蠟、1315碳烷烴和苯乙烯 -丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物作物理共混與包封處理，得相

25、變溫度為 27C、熔融焓為110kJ/kg的石蠟基PCM;再將該石蠟基PCM填入混凝 土空心地板（方形，28cmX28cmX3.75cm）的孔穴（圓柱形，直徑2.5cm, 深28cm）中，制得能夠較好地緩沖溫度變化的PCM混凝土板，該板適 用作輕質(zhì)保溫建材。采用多孔材料吸收液體PCM,先制成相變骨料， 再將骨料與普通混凝土復(fù)合，則更有利于克服結(jié)構(gòu)不均的問題，從而 益于獲得儲能效果更好的PCM混凝土。張東等56將吸附硬脂酸丁酯的超輕膨脹粘土陶粒作相變骨料， 研制出儲能功能與商業(yè)相變材料相當(dāng)?shù)腜CM混凝土，能較好滿足實用 要求。當(dāng)然，選用多孔材料制作相變骨料時，一定要注意其結(jié)構(gòu)特征對PCM吸附量*

26、，因為由其衍生的PCM混凝土的儲能效果會隨PCM 體積分?jǐn)?shù)的增加而呈指數(shù)形式增加56.與PCM砂漿類似，引入PCM可能會劣化混凝土力學(xué)強度、長期 穩(wěn)定性和阻燃性能等;若原料及方法選用得當(dāng)，這些劣化影響均可降 至最低或消除57.李宗津等58 選用硅藻土作相變細(xì)骨料，研發(fā)石 蠟相變水泥基復(fù)合材料，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)該材料的綜合力學(xué)性能不僅大大 好于普通混凝土，而且也明顯優(yōu)于經(jīng)聚乙烯醇纖維強化的同類水泥基 復(fù)合材料，主要歸因于硅藻土具有火山灰活性，用其所制的含石蠟骨 料與水泥具有很好的相容性;又由于采用細(xì)骨料，復(fù)合體結(jié)構(gòu)的均勻 性被明顯改善，所以該材料還具有儲能效果好和保溫性能高等優(yōu)點。Lepte T等59

27、則以1720um粒徑的十八烷為PCM,選取細(xì)顆粒 的水泥、砂和礫石等作原料，采用先干粒料預(yù)混、再加入高效減水劑、 后低速摻混PCM的三步工藝制備了 PCM混凝土，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)該PCM混 凝土的保溫性能和力學(xué)強度均很好，這主要受益于嚴(yán)格選料及采用三 步混合工藝。PCM磚在制備免燒磚時直接摻入PCM,或?qū)CM填入多孔 燒結(jié)磚的孔穴內(nèi)，即可獲得PCM磚。摻混型PCM磚具有制備工藝簡單， 熱性能易調(diào)節(jié)等優(yōu)點，但是力學(xué)強度欠佳。填充型PCM磚含有燒結(jié)磚 體，可保持良好力學(xué)強度，但是，PCM類型、填充量及填充位置均會 影響其熱性能60.Alawadhi EM等61將烷烴基PCM填入普通圓孔 磚，研究了 P

28、CM類型、填充量及填充位置對所得PCM磚熱性能*， 結(jié)果發(fā)現(xiàn):正二十烷PCM的熱性能優(yōu)于石蠟P116和正十八烷PCM;PCM 磚調(diào)節(jié)室溫能力隨著PCM填充量的增加而變強;PCM填充于磚的中心 線位置，既能保持磚的強度，又會賦予PCM磚較好的熱效能，可使室 內(nèi)熱通量較無PCM填充時減少17.55%.PCM 石膏在等同的熱環(huán)境條件下，PCM 石膏墻板比普通石膏墻板具有更 強的蓄放熱與調(diào)溫能力，在內(nèi)隔墻、內(nèi)墻貼面、天花板和外圍護(hù)結(jié)構(gòu) 等有著廣泛的保溫節(jié)能應(yīng)用價值62,63.李鴻錦等64基于焓法數(shù) 值模型，利用Fluent軟件模擬研究了月桂酸-癸酸基PCM石膏板于夏 熱冬冷地區(qū)的隔熱性能與節(jié)能效益，結(jié)

29、果表明，該PCM 石膏板 的潛熱利用率為38.7%，其所構(gòu)成的墻體比普通墻體約節(jié)能 27.6%.隨著PCM復(fù)合量的增加，PCM石膏建材的節(jié)能效率通常會變大， 但是其力學(xué)強度、熱穩(wěn)定性反隨之下降，因此，PCM復(fù)合量不宜過高 65,66.曾令可等67先采用溶膠-凝膠法制備脂肪酸/二氧化硅PCM, 再將之與半水石膏粉和硅藻土等復(fù)合，制備7PCM石膏板，該板在 PCM用量為15%時具有較好的綜合性能。PCM 陶瓷黎濤等68 以石蠟為芯材，水性環(huán)氧樹脂為壁材，通過化學(xué)聚 合法先制得PCM膠囊，再將該膠囊填充空心陶瓷板的內(nèi)夾層，經(jīng)測試 發(fā)現(xiàn)，引入PCM膠囊后，陶瓷板變得具有調(diào)溫性能，在吸熱與放熱過 程的最大調(diào)溫值分別為3.7 C和3C。PitieF等69 則用SiC封裝硝酸鹽，制備了微尺寸PCM陶瓷，