相變儲(chǔ)能材料及其在綠色建材領(lǐng)域的運(yùn)用

賀金龍

摘?要：在社會(huì)生產(chǎn)中所消耗的能源量逐漸增大，致使我國(guó)的能源問題日益加劇。為了改善上述問題，應(yīng)積極探索提升能源利用率的方法，相變儲(chǔ)能材料就是在此基礎(chǔ)上被研發(fā)的新型環(huán)保材料，具有節(jié)能環(huán)保的特性，在實(shí)際應(yīng)用中可以借助物相變化的反應(yīng)，從周邊環(huán)境中吸取一定的熱能，并且在特定的時(shí)間進(jìn)行熱量釋放，可以有效起到調(diào)節(jié)環(huán)境溫度的作用。下文就對(duì)其在建材領(lǐng)域中的應(yīng)用展開探討，旨在對(duì)建筑空間內(nèi)的余熱和太陽(yáng)能能源進(jìn)行合理利用，提升建筑工程的節(jié)能效益。

關(guān)鍵詞：相變儲(chǔ)能材料;儲(chǔ)能特點(diǎn);綠色建材領(lǐng)域

能源問題已經(jīng)成為現(xiàn)階段制約我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵性問題，在社會(huì)生產(chǎn)和建筑施工中的能源消耗量相對(duì)較大，對(duì)能源問題造成的影響不可忽視，迫切需要找出正確的能源利用方法，降低能源損耗，提升能源利用率。而相變儲(chǔ)能材料在建筑施工中的應(yīng)用可以有效改善能源使用問題，借助材料的儲(chǔ)能性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境能源的儲(chǔ)存與應(yīng)用，可在很大程度上降低空調(diào)和取暖器的使用量，從而降低建筑能源消耗，對(duì)于改善我國(guó)的能源問題具有積極意義。

一、相變材料的儲(chǔ)能機(jī)理分析

實(shí)際上相變儲(chǔ)材料利用的過程，就是從周邊環(huán)境中吸取熱量和釋放熱量的過程，其吸熱和放熱的過程會(huì)受到周邊環(huán)境溫度變化的影響，即環(huán)境溫度超出自身材料溫度時(shí)會(huì)進(jìn)行吸熱操作，而當(dāng)環(huán)境溫度低于材料溫度時(shí)，則會(huì)進(jìn)行放熱操作，這也是其在空間溫度調(diào)節(jié)中發(fā)揮作用的重要表現(xiàn)。相變儲(chǔ)熱材料根據(jù)成分的不同，可以被細(xì)分為無機(jī)、有機(jī)和混合三個(gè)類型，從熱能的儲(chǔ)存層面來講，分為潛熱、顯熱和化學(xué)儲(chǔ)能;從溫度層面來講，分為低溫、中溫和高溫儲(chǔ)能;從物理層面來講，其狀態(tài)表現(xiàn)為固-固、固-液、液-氣和固-氣幾種。其中的固-液材料是現(xiàn)階段較為常用的相變材料，而其他類型的材料因在發(fā)生相變反應(yīng)時(shí)的體積變化幅度相對(duì)較大，不適宜在建材領(lǐng)域應(yīng)用。

二、相變儲(chǔ)能材料的制備

（一）聚合物定型材料的制備

利用具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子聚合物與相變材料熔融共混，將相變材料包覆起來，形成聚合物定型相變儲(chǔ)能材料。Liu等以低熔點(diǎn)石蠟為工作物質(zhì)，嘗試以PS、PP和PE作支撐材料，通過熔融混合制備了3種聚合物定型相變儲(chǔ)能材料。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。

（二）微膠囊定型材料的制備

微膠囊定型相變儲(chǔ)能材料是指利用微膠囊封裝相變材料。將相變材料制成細(xì)小顆粒后，利用界面聚合法、原位聚合法等將球狀顆粒包裹在膠囊內(nèi)，以保證相變材料的穩(wěn)定性，防止固-液相變發(fā)生泄漏。胡大為等人用環(huán)氧樹脂作外殼材料，將液體石蠟與固體石蠟混合制成適合常溫的復(fù)合相變材料，并將水均勻分散其中，添加適量表面改性劑，制備含水型環(huán)氧樹脂基相變微膠囊。其相變過程中無泄漏、開裂等現(xiàn)象產(chǎn)生，綜合性能好。

三、相變儲(chǔ)能材料在綠色建材領(lǐng)域中的運(yùn)用

利用相變類材料進(jìn)行節(jié)能建材的制作，在實(shí)際使用中可以良好的利用空間余熱和太陽(yáng)能，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的合理利用，并且有助于調(diào)節(jié)空間溫度，在不借助空調(diào)類調(diào)溫設(shè)備的情況下，為人們營(yíng)造舒適的居住空間。從現(xiàn)階段的應(yīng)用狀況來看，多被應(yīng)用到墻板、地板和門窗等建材的制造中，所形成的復(fù)合型材料可以發(fā)揮良好的節(jié)能環(huán)保作用。

（一）在墻板材料中的應(yīng)用

相關(guān)學(xué)者將石膏板、混凝土板和木質(zhì)水泥材料作為墻體和地板的主體制作材料，并對(duì)其溫度機(jī)理進(jìn)行分析。為了探究相變材料的儲(chǔ)能作用和溫度調(diào)節(jié)作用，在石膏板和聚氯乙烯板中添加了適當(dāng)?shù)南嘧儾牧?，并且?duì)添加量不同的石膏板和聚氯乙烯板的溫度變化量進(jìn)行了對(duì)比研究。結(jié)果顯示，當(dāng)相變材料的添加量為35%時(shí)，建筑材料的溫度調(diào)節(jié)效果最佳。此外，也有學(xué)者對(duì)含有P cm的石膏灰泥材料進(jìn)行溫度變化值研究，通過兩年左右的觀察與對(duì)比研究得出，微膠囊化的P cm灰泥應(yīng)用在建材中，可使室內(nèi)溫度的變化幅度處于2.76℃左右，相對(duì)來說，室內(nèi)溫度較為穩(wěn)定，舒適度也較好。

（二）在地板材料中的應(yīng)用

對(duì)于相變儲(chǔ)能材料在地板材料中的應(yīng)用表現(xiàn)出了突出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)高蓄熱底板采暖系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。其主要是由保溫層、加熱層和能量小球共同組成，在對(duì)該類材料進(jìn)行加工時(shí)，有效減小了地板材料的厚度，在裝飾裝修的過程中，可以在其表面鋪設(shè)瓷磚和地毯等裝飾物。澳大利亞的TEAP公司所研發(fā)的15種產(chǎn)品已經(jīng)被成功應(yīng)用到建材領(lǐng)域、冷藏和廢熱回收領(lǐng)域中，發(fā)揮出了良好的應(yīng)用效果。

（三）在玻璃窗中的應(yīng)用

以相變材料為主的玻璃窗屬于新型節(jié)能環(huán)保材料的一種，在建筑施工中的應(yīng)用表現(xiàn)出了較好的調(diào)溫效果。相關(guān)研究顯示，同種溫度環(huán)境下，相變類玻璃窗的熱傳遞量相對(duì)較少，相對(duì)應(yīng)的在高溫天氣下，相變類玻璃窗可以阻隔更多的熱量，降低室內(nèi)溫度，營(yíng)造更為舒適的居住空間。在對(duì)以十水硫酸鈉為主的相變材料進(jìn)行研究時(shí)，可以得出，在玻璃窗中的應(yīng)用，夏季極端的保溫效果較高，能夠發(fā)揮良好的控溫作用，而在冬季時(shí)，控溫作用并不突出，但與普通玻璃材料相比，年耗能量可降低40%左右，可見其在建材領(lǐng)域中應(yīng)用具有突出的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

四、結(jié)語(yǔ)

相變儲(chǔ)能材料的研發(fā)與應(yīng)用為建筑節(jié)能創(chuàng)造了良好的條件，在相關(guān)學(xué)者的不懈努力下，已經(jīng)生產(chǎn)出了多種節(jié)能性能良好的建筑材料，其中以墻板材料、地板材料和門窗材料為主。文中對(duì)相變儲(chǔ)能材料在上述建材中的應(yīng)用與研究進(jìn)展進(jìn)行了闡述，希望引起更多施工單位的重視，加大對(duì)相變材料的使用力度，從根本上控制建筑能源消耗，提升建筑物的節(jié)能性能。當(dāng)前，已有學(xué)者展開了對(duì)相變材料與木塑材料的融合應(yīng)用研究，在現(xiàn)階段的室內(nèi)裝飾中，木質(zhì)材料的應(yīng)用率較大，如果能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其的有效研發(fā)與應(yīng)用，必定能更好的發(fā)揮相變材料的儲(chǔ)能性能。

參考文獻(xiàn)：

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