定形相變材料在建筑節能領域的應用

(江西理工大學建筑與測繪工程學院 江西 贛州 341000)

一、定形相變材料的封裝技術分類

定形相變材料的封裝技術分成多孔材料吸附法、微膠囊法和浸泡法。

(一)多孔材料吸附法

多孔材料具有比表面積大的優勢，通過微結構毛細作用，以多孔材料為基體可以吸附大量的相變材料。方曉明[1]等將膨潤土與硬脂酸用液相插層法復合，用XRD分析了硬脂酸質量分數34%的有機膨潤土，發現制備的定形相變材料的圖譜與兩種原材料的圖譜明顯不同，這是因為膨潤土的納米層間有有硬脂酸分子填入，因而生成了新型的材料。用DSC分析了定形相變材料，發現相變溫度與硬脂酸的相近，相變潛熱數值與硬脂酸相變潛熱的百分比數值一樣接近，經過500次熱循環實驗后其性能良好。趙思勰[2]等采用直接吸附法將膨脹珍珠巖與石蠟復合在一起，通過FT-IR分析、SEM分析、DSC分析等對定形相變材料進行研究，結果表明石蠟很好的填充與膨脹珍珠巖的微孔內，膨脹珍珠巖最多可吸附66.6%的石蠟，DSC測得定形相變材料的相變溫度和相變潛熱分別為57.1℃和133J/g，FT-IR圖譜可知兩者之間的結合只是物理相嵌，無化學反應發生，TG測試可知其熱穩定性良好。

(二)微膠囊法

微膠囊法就是利用特定方法，用1-1000μm的微膠囊封裝相變材料，其與墻體的接觸面積大，導熱系數大，泄漏小，但是制備技術要求較高。張毅[3]等利用原位聚合法，改變非離子和陰離子乳化劑制備了用三聚氰胺-甲醛樹脂為微膠囊包裹正十八烷的微膠囊相變材料，用FT-IR分析、SEM分析、DSC分析和激光粒度分析儀確定乳化劑與微膠囊形態和其潛熱的關系。發現利用非離子和陰離子復合乳化劑時，微膠囊相變材料的團聚現象有效減少，顆粒減小到0.1-1μm之間，相變潛熱提升至70.86J/g。尚建麗[4]等利用界面聚合法以聚脲和聚氨酯制備微膠囊包裹石蠟，并制備了單雙層壁材的微膠囊，用DSC分析和TG分析對單雙層膠囊進行研究，發現與單層膠囊對比，雙層膠囊合成過程反應更充分，產率更高，DSC分析測得相變溫度和潛熱分別為19.2℃和79.9J/g。

(三)浸泡法

浸泡法就是當相變材料變成液體時，再建筑材料放入其中浸漬，制作流程簡單，但是也會有泄漏和易腐蝕等現象發生。陳培海[5]等選用真空浸泡法，用凹凸棒作吸附材料，將正十八烷吸附進凹凸棒的微孔中形成定形相變材料。通過SEM分析和DSC分析，SEM分析得出正十八烷/凹凸棒材料結構有比表面積大的優點，DSC測試20次熱穩定實驗后測試后正十八烷/凹凸棒材料的相變溫度以及潛熱下降不大，其熱穩定性滿足工程要求。王亞[6]等以選用真空浸泡法，用自制三維網狀石墨烯作吸附載體吸附棕櫚酸，通過增加M系列石墨烯納米片占比至8%，復合材料的導熱系數為0.634W/(m·K)，比棕櫚酸導熱系數大3.2倍。

二、相變材料在建筑節能領域中的應用

建筑物在白天和晚上、夏季和冬季，電力的消耗量有很大的變化。由于這種變化，能源使用成本在高峰期和低谷期有所不同。利用相變材料在白天儲存能量，在夜間放出熱量的原理，將其運用于建筑材料中，可實現減小室內溫度波動、提高人體舒適度、降低建筑結構能耗、減少能源使用成本的效果。張巨松等[7]研究發現飽和脂肪酸/膨脹珍珠巖/骨膠復合相變砂漿的相變溫度比常規砂漿降低了4.7℃，比熱容是常規砂漿2倍，溫度波動遠小于常規砂漿，說明復合砂漿的溫度調節性能較好。錢利姣等[8]利用控溫模擬實驗研究了月桂酸-肉豆蔻酸/膨脹珍珠巖相變砂漿板的熱性能。模擬結果顯示，與普通砂漿板相比，復合板有較好的溫度調節效果，當LA-MA摻入量變大時，溫度調節效果越好。同樣，黃婷[9]對癸酸-月桂酸、癸酸-硬脂酸和月桂酸-硬脂酸復合膨脹珍珠巖三類相變房屋和普通房屋進行模擬實驗，發現它的室內溫度波動不大，外墻內壁與常規墻體內壁的溫度相差最大2.5℃，說明新型房屋儲熱能力良好。此外，張毅等[10]分析了月桂酸-癸酸/硅藻土相變儲熱石膏板,發現相變儲熱石膏板的比熱容比常規石膏板更大,板材內部溫度升降溫速率更慢，說明它的溫度調節強，有較好的保溫蓄熱性能,適合做輕質保溫蓄熱建筑材料。鄧安仲等[11]對癸酸/SiO2復合墻體進行了隔熱控溫試驗研究，發現復合墻體可以通過外環境溫度差蓄放熱。

三、結束語

將相變技術應用于建筑節能領域，對于能源的節省和提高建筑室內熱舒適度意義重大。現今在相變材料在建筑中應用還存在諸如相變材料泄漏率太高、相變材料與圍護結構導熱系數差等問題，在今后的研究可以從這方面著手解決