【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 過(guò)熔融共混法成功地制備出石蠟 / 高密度聚乙烯定形相變材料 [36 ] 。 Hawes 和 Feldman 探討了三種制備工藝 ,并認(rèn)為封裝法方便建筑使用。 PiiaLamberg 等介紹了將裝有水合鹽 PCM 的金屬管置入混凝土構(gòu)件中 ,以提高建筑物結(jié)構(gòu)的熱容 ,從而在夏季對(duì)室內(nèi)起到降溫作用。但是水合鹽 PCM 具有腐蝕性 ,這種方法對(duì)容器的要求很高 ,而且容易泄漏。 M. Hadjieva 等用 DSC 測(cè)試了無(wú)機(jī)水合鹽混凝土體系的蓄熱能力 ,并用紅外光譜分析了無(wú)機(jī)水合鹽混凝土體系的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。 Takeshi Kondo 等將 PCM 壓入交聯(lián)聚乙烯中制成 PCM 小河南理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 14 球。然后再把這種 PCM 小球加到其他多孔材料 ,如石膏板中 ,從而得到具有儲(chǔ)熱能力的 PCM 石膏板。 ⑶相變儲(chǔ)能建筑材料的應(yīng)用方式 Kedl等研究了將 18 烷石蠟浸入到墻板中應(yīng)用到被動(dòng)式太陽(yáng)房 ,首次制成有相變性質(zhì)的墻板 [37 ] 。 Zhang 等對(duì)建筑物的框架墻進(jìn)行了熱性能的改造[38] 。 Peippo 等人研究了包含不同量相變材料的不同類型的墻體結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)行為 ,并在麥迪迅使用加有相變材料的石膏板建造了 120m2的試驗(yàn)房 ,試驗(yàn)結(jié)果表明一年能夠節(jié)約 15 %的熱消耗量 [39 ] 。 Karen L 等人通過(guò)模擬表明 ,相變墻板能轉(zhuǎn)移居民空調(diào)負(fù)荷中 90 %的顯熱負(fù)荷到用電低谷期 ,能使采暖設(shè)備容量降低 1/ 3 。清華大學(xué)在相變墻體方面作了很多工作 ,包括相變材料的研制、相變墻體的物理化學(xué)性能的測(cè)試。沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院通過(guò)將有機(jī)的相變材料與建筑材料相結(jié)合研制出相變墻板 ,在相近似的室外環(huán)境溫度條件下 ,比較相變墻體房間與普通房間的熱性能 ,進(jìn)而分析相變墻體的使用在節(jié)能方面的作用。 相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能應(yīng)用中存在的主要問(wèn)題 盡管相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用有很大的潛力 ,相關(guān)理論研 究取得了一定的成果 ,部分技術(shù)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化 ,產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)也有了一定發(fā)展 ,但由于對(duì)相變儲(chǔ)能材料的技術(shù)、制備工藝、節(jié)能效果與經(jīng)濟(jì)效益等的認(rèn)識(shí)和研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠 ,相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用依然處于研發(fā)和試用階段 ,距離大規(guī)模推廣還很遠(yuǎn)。就目前而言 ,該項(xiàng)技術(shù)面臨以下問(wèn)題和障礙。 ⑴可用的相變儲(chǔ)能材料的種類不足。嚴(yán)格的講 ,目前研究開發(fā)的相變材料應(yīng)用于建筑節(jié)能領(lǐng)域都存在不足 ,比如相變溫度不匹配、相變熱值低、導(dǎo)熱性不好、與載體材料易分離等 ,需要進(jìn)行封裝、添加、共混等改性處理后才可應(yīng)用。因此 ,可用于建筑節(jié)能的相變儲(chǔ)能材料種類較 少。 ⑵相變儲(chǔ)能建筑材料的制備工藝尚不完善。目前的相變儲(chǔ)能材料制備工藝中 ,直接滲入法相變材料發(fā)生相變時(shí)產(chǎn)生的液體易發(fā)生外露或者腐蝕基體河南理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 15 材料。使用較多的微膠囊技術(shù)成本較高 ,而且當(dāng)與建筑材料混合時(shí) ,容易改變建筑材料的力學(xué)性質(zhì)。相變材料采用直接混入法時(shí) ,特別需要注意配比 ,不然容易產(chǎn)生建材的耐久性、相容性差等問(wèn)題。 ⑶相變儲(chǔ)能材料的使用成本偏高。由于目前的技術(shù)尚不成熟 ,相變儲(chǔ)能材料應(yīng)用于建筑節(jié)能領(lǐng)域 ,其制備工藝成本復(fù)雜 ,成本較高。而且 ,由于缺乏對(duì)相變儲(chǔ)能建筑材料的壽命分析 ,對(duì)相變儲(chǔ)能材料的節(jié)能效果 ,也就很難做一個(gè)明 確的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。 相變儲(chǔ)能建筑材料的發(fā)展前景 相變儲(chǔ)能材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)成為其最為重要的利用途徑之一。從建筑節(jié)能的角度來(lái)講 ,對(duì)相變儲(chǔ)能建筑材料的研究工作十分迫切。相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用研究 ,要加強(qiáng)相變材料的熱物性、相變材料與建材基體的相容性和經(jīng)濟(jì)性 3 個(gè)方面的研究。 建筑節(jié)能的效果受到相變溫度、相變儲(chǔ)能材料的種類、相變材料與傳統(tǒng)建材的配比、區(qū)域氣候、建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)等眾多因素的影響。要進(jìn)一步篩選合適的相變材料 ,探索新型相變材料。采用多元復(fù)合等技術(shù)研制高效的相變儲(chǔ)能建筑材料。研 制具有合適的相變溫度與相變焓 ,廉價(jià)并且能在長(zhǎng)期使用過(guò)程中保持物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的相變材料。 改進(jìn)相變材料的封裝技術(shù)及其與基材的復(fù)合工藝 ,制備性能穩(wěn)定、生態(tài)友好的相變儲(chǔ)能材料。研究相變儲(chǔ)能構(gòu)件使用條件及其設(shè)計(jì)方法 ,簡(jiǎn)歷分析相變建筑構(gòu)件和蓄冷采暖系統(tǒng)的物理模型 ,加強(qiáng)相變儲(chǔ)能材料與建筑材料的結(jié)合研究。 加強(qiáng)相變儲(chǔ)能建筑材料的力學(xué)性能和耐久性分析 ,進(jìn)行相變儲(chǔ)能材料應(yīng)用于建筑節(jié)能生命周期分析 ,實(shí)現(xiàn)對(duì)相變儲(chǔ)能建筑材料的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。有助于進(jìn)一步篩選相變材料 ,開發(fā)成本低的、具有簡(jiǎn)化制備工藝的、易于在傳統(tǒng)建筑只品中使用并 且便于在傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)中安裝的相變材料。為相變儲(chǔ)能建筑材料的大規(guī)模使用創(chuàng)造條件。建筑節(jié)能是社會(huì)發(fā)展的需求 ,相變儲(chǔ)能材料的研究與建筑節(jié)能的結(jié)合將會(huì)成為建筑節(jié)能今后的重要發(fā)展方向。 河南理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 16 第 2 章 本課題研究的內(nèi)容和意義 研究背景 目前有關(guān)相變材料的研究很多，然而能滿足低溫儲(chǔ)能應(yīng)用要求的一元相變材料不多，并且單一相變物質(zhì)成本較高，也難以同時(shí)滿足建筑儲(chǔ)能對(duì)潛熱、相變溫度等的要求。因此，人們開展了二元或多元相變體系的研究。利用兩種或兩種以上物質(zhì)可形成最低共熔物這一性質(zhì)，將溫度稍高、相對(duì)較便宜的相變物質(zhì)的相變溫度降低 ，擴(kuò)大相變材料種類的選擇，降低應(yīng)用成本。二元有機(jī)相變體系研究較多的是醇酸、酸酸體系，近年來(lái)人們對(duì)二元相變體系研究較多，趨于成熟，而對(duì)多元相變體系研究較少，可能是多元相變體系的實(shí)驗(yàn)研究較復(fù)雜。張巨松等以 3 種飽和脂肪酸為相變材料，采用溫度曲線法制備出一種相變溫度為 19～ 26 ℃區(qū)間段的復(fù)合相變材料，相變潛熱約為 150 J/g，將其以膨脹珍珠巖為載體，用骨膠系封裝材料對(duì)其進(jìn)行了封裝，最后將封裝好的復(fù)合相變材料與砂漿結(jié)合制備了相變砂漿，該砂漿無(wú)泄漏，調(diào)溫效果較好。該法是將多孔介質(zhì)材料的強(qiáng)吸附性與微膠囊的密閉性結(jié)合 起來(lái)，充分利用兩者優(yōu)點(diǎn)的思路值得重視。對(duì)于二元或多元相變體系，除了應(yīng)具有合適的相變溫度和相變焓外，還應(yīng)考慮體系的熱穩(wěn)定性、耐久性以及與基體建筑材料的結(jié)合性能，這是將來(lái)研究的重點(diǎn)。 利用有機(jī)物相變材料與無(wú)機(jī)物相變材料制作混合材料，既可彌補(bǔ)單純有機(jī)物材料的潛熱低的遺憾，又能彌補(bǔ)單純無(wú)機(jī)物材料的過(guò)冷度大的缺點(diǎn)，這是值得注意的相變儲(chǔ)能材料發(fā)展的一個(gè)重要方向。楊穎等用乙二醇和氯化銨制成一種復(fù)合低溫相變蓄冷材料，相變溫度為－ 16 ℃，相變潛熱在206～ 222 J/g 之間，復(fù)合材料性能穩(wěn)定，不需要成核劑和穩(wěn)定劑，可 作為相變蓄冷材料。有機(jī)、無(wú)機(jī)材料的混合既能解決水合鹽的過(guò)冷問(wèn)題，又能適當(dāng)增加脂肪酸族的比熱容，具有互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)。針對(duì)多元無(wú)機(jī) 有機(jī)相變材料，有研究者用丙三醇、乙酸鈉和水按 1∶ 1∶ 8 的比例混合得到一種新河南理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 17 型三元復(fù)合相變蓄冷材料，相變溫度為－ 14 ℃，相變潛熱為 172 J/g，可以在低溫物流、冷庫(kù)冷藏領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。 盡管無(wú)機(jī) 有機(jī)復(fù)合相變材料有很多優(yōu)點(diǎn)，但目前此方面的研究不是太多，其儲(chǔ)能機(jī)理還不清楚。目前的研究只是對(duì)其復(fù)合后的穩(wěn)定性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，如果將其與不同的載體及基體材料結(jié)合后再對(duì)其性能進(jìn)行研究，將會(huì)開辟 相變儲(chǔ)能材料的新領(lǐng)域。 硬脂酸作為相變儲(chǔ)能材料的性能特 點(diǎn) 硬脂酸是一種脂肪酸，具有優(yōu)越的性能，如簡(jiǎn)單可用性，融化 /凍結(jié)一致，良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，無(wú)毒性和適當(dāng)?shù)南嘧儨囟取１M管硬脂酸有這些性能優(yōu)點(diǎn)，但有去臭味、相變溫度高和導(dǎo)熱性能差的缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)限制了它的應(yīng)用。現(xiàn)在的研究一般是將硬脂酸與各種醇類或石蠟、其他有機(jī)酸共混來(lái)制得儲(chǔ)能性能相對(duì)較好的相變材料。 硬脂酸與 Na2HPO4 12H2O 混合相變儲(chǔ)能材料的研究 唐志偉趙化濤等通過(guò)將硬脂酸與 Na2HPO4 12H2O混合， 制得混合相變儲(chǔ)能材料，解決了無(wú)機(jī)材料 Na2HPO4 12H2O常見的過(guò)冷問(wèn)題和硬脂酸低比熱容的缺點(diǎn)；成功地達(dá)到了無(wú)機(jī)與有機(jī)性能互補(bǔ)的目的。通過(guò)對(duì)兩者形成的膠體材料的紅外光譜分析表明這兩種材料沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，具有較好的化學(xué)相容性。通過(guò) DSC等相關(guān)實(shí)驗(yàn)分析，兩者混合形成的膠體相變材料的相變溫度大概在 50℃ 60℃ 之間，屬于低溫相變材料范圍。為本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供了很好的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 石蠟基相變材料的性能研究 河南理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 18 在眾多有機(jī)相變儲(chǔ)能材料中，最常見的就是石蠟基相變儲(chǔ)能材料。這與石蠟的某些性質(zhì)密切相關(guān)。研究表 明石蠟作為潛熱儲(chǔ)能物質(zhì)具有儲(chǔ)能密度大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，價(jià)格低廉，無(wú)毒無(wú)腐蝕性，且無(wú)過(guò)冷現(xiàn)象，相變溫度范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)建筑的不同需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。 本課題研究的內(nèi)容和意義 研究?jī)?nèi)容 本實(shí)驗(yàn)在前人研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)查閱資料以硬脂酸與 Na2HPO4 12H2O的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ) ，用液體石蠟來(lái)調(diào)整硬脂酸與 Na2HPO4 12H2O混合形成的膠體材料的相變溫度，旨在降低這一混合相變儲(chǔ)能材料的相變溫度；并對(duì)其進(jìn)行其他的性能測(cè)試。如三元混合后的材料的紅外光譜分析， DSC分析，比熱容測(cè)試，掃描電鏡分析以及 凍融循環(huán)等實(shí)驗(yàn)研究。為研究液體石蠟對(duì)膠體材料相變溫度的影響，并確定在硬脂酸與 Na2HPO4 12H2O的質(zhì)量比1:4的情況下液體石蠟的最佳的相對(duì)含量，整個(gè)實(shí)驗(yàn)共分了 3組，液體石蠟的相對(duì)含量分別是 20%,30%,40%.本實(shí)驗(yàn)采用 10S磨的珍珠巖作為相變材料的載體；并對(duì)其吸附量做了簡(jiǎn)要的研究分析。同時(shí)對(duì)石蠟基相變儲(chǔ)能材料也做了實(shí)驗(yàn)研究， 本次試驗(yàn)中，我們采用了固 液石蠟相混合的方法，通過(guò)試驗(yàn)不同比例的固 液石蠟，測(cè)定分析混合相變材料的相變溫度和相變焓，來(lái)確定固 液石蠟的最佳比例。 研究意義 當(dāng)今 社會(huì)能源短缺及環(huán)境污染成為我們所面臨的重要難題。開發(fā)利用可再生能源對(duì)節(jié)能和環(huán)保具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。相變儲(chǔ)能技術(shù)通過(guò)相變材料相變時(shí)吸收或放出大量熱量以達(dá)到能量存儲(chǔ)的目的 ,是常用于緩解能量供求雙方在時(shí)間、強(qiáng)度及地點(diǎn)上不匹配的有效方式。近年來(lái) ,相變材料熱儲(chǔ)能的應(yīng)用備受關(guān)注 ,就是 因?yàn)橄嘧儾牧暇哂袃?chǔ)熱密度大、儲(chǔ)熱容器體積小、熱河南理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 19 效率高等優(yōu)點(diǎn) ,在太陽(yáng)能利用、工業(yè)余熱、廢熱回收、建筑節(jié)能等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景 ,尤其是在建筑空調(diào)和供暖領(lǐng)域以及太陽(yáng)能利用等方面已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn) [40]。 二元復(fù)合尤其是有機(jī)物，如酸 酸，酸 醇等的復(fù)合研究已趨于成熟，而且有機(jī)物不論是在經(jīng)濟(jì)方面還是在環(huán)境方面的性能都劣于無(wú)機(jī)材料。當(dāng)然無(wú)機(jī)材料作為相變儲(chǔ)能材料也有過(guò)冷度大、相變溫度偏高等缺點(diǎn)。因此本實(shí)驗(yàn)通過(guò)將有機(jī)物 硬脂酸與無(wú)機(jī)物Na2HPO4 12H2O混合制得膠體材料，以期達(dá)到無(wú)機(jī)與有機(jī)性能互補(bǔ)的目的，并通過(guò)液體石蠟來(lái)降低膠體材料的相變溫度；制備出性能良好的相變儲(chǔ)能材料。 河南理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 20 第 3 章 相變材料的的制備 材料及儀器 實(shí)驗(yàn)材料 硬脂酸是常用的一種有機(jī)相變儲(chǔ)能材料。 化學(xué)名 ： 十八烷酸 ； 分子式 ：C18H36O2， CH3(CH2)16COOH； 分子量 ： 。 表 31 硬脂酸的基本性質(zhì) Table 31 basic properties of Stearic acid 性狀 熔點(diǎn) 沸點(diǎn) 毒性 穩(wěn)定性 相對(duì)密度 溶解情況 純品為白色略帶光澤的蠟狀小片結(jié)晶體 56℃ ℃ 232℃（ ） 無(wú)毒 360℃分解 不溶于水稍溶于冷乙醇 溶于丙酮、苯、乙醚、氯仿、四氯化碳、二氧化硫、三氯甲烷 12H2O 分子式 ： Na2HPO4 12H2O ； 分子量 ： 河南理工大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 21 表 32 Na2HPO412H2O 的基本性質(zhì) Table 32 basic properties of Na2HPO412H2O 性狀 熔點(diǎn) PH 值 毒性 穩(wěn)定性 相對(duì)密度 溶解情況 ℃時(shí)熔融并失去 5 個(gè)結(jié)晶水，加熱至100℃時(shí)失去全部結(jié)晶水而成無(wú)水物， 250℃時(shí)分解變成焦磷酸鈉 無(wú)色透明單斜系棱形晶體 35℃ 37℃ 177。 177。 無(wú)毒 可溶于水、不溶 于醇 溜程： 180℃ 250℃，密度： ~，硫酸試驗(yàn)合格，酸度合格，硫化物合格 。 分析純，天津市科米歐化學(xué)試劑有限公司， 聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺單體聚合而成，即 N個(gè)丙烯酰胺單體連在一起，而丙烯酰胺的分子式為：CH2CHCONH2,分子量為 71。聚丙烯酰胺的分子式即丙烯酰胺分子式兩頭雙鍵斷裂，與 N個(gè)分子相連， 分子量 500萬(wàn)以上， 聚丙烯酰胺（ PAM）為水溶性高分子聚合物，不溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑，具有良好的絮凝性，可以降低液體之間的磨擦阻力，按離子特 性分可分為非離子、陰離子、陽(yáng)離子和兩性型四種類型。 水解度小于等于 30%，固體含量大于等于 90%，本實(shí)驗(yàn)采用的是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2％的聚丙