摘要：研究將相變蓄能材料加入到混凝土中得作用.研究表明,在混凝土中通過一定的技術手段加入適量的合適的相變蓄能材料可以極大地改善墻面等維護結構的保溫調溫性能,與一般的混凝土材料相比較,可以極大的節(jié)省能源.

　　關鍵詞： 相變材料;混凝土;蓄能

　　Abstract: the research of phase change thermal energy storage materials will be added to the concrete effect of. Research shows that, in the concrete through certain technical means of the addition of suitable amount of the right of phase change thermal energy storage materials can greatly improve the maintenance structure wall etc insulation performance of temperature adjustment, and the general concrete materials compared, can greatly saves energy.

　　Keywords: phase change materials; Concrete; Pumped storage

　　前言

　　隨著社會的發(fā)展,節(jié)能問題日顯重要,同時人們對居住環(huán)境要求也日益增長.針對兩者之間的矛盾,急需在建筑材料上做出改革.相變混凝土具有節(jié)能保溫的作用,在滿足人們居住環(huán)境要求的同時節(jié)約能源.它的原理在于,在室溫升高時通過相變材料的熔化吸收多余的熱量,在室溫降低時通過相變材料的凝固放出熱量,保持室內溫度在一定的小范圍內波動,可以節(jié)約一些用于暖通制冷方面的能源.

　　一、相變蓄能的簡單介紹

　　物質的存在通常有固、液、氣三態(tài),從一種集態(tài)變到另一種集態(tài)叫相變.物質從液相轉變到氣相(固相轉變到液相、固相轉變到氣相)時,要吸收大量的熱量,即汽化熱(溶解熱、升華熱).在物質進行相變時所吸收的這三種熱量,稱為物質的潛熱.這種在相變時將能量儲存起來,而在需要時又能將能量釋放出來的方法就是相變蓄能[1] .

　　二、相變材料的分類

　　相變材料按成份分類,主要分為無機、有機和復合等種類.無機相變材料主要是結晶水合鹽類等.具有使用范圍廣,導熱系數大,儲熱密度大,價格便宜等優(yōu)點,但有過冷度大和相分離的缺點;有機材料主要包括石蠟、羧酸等有機物.具有不易出現過冷現象和相分離、腐蝕性小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點.但是也存在著熔點低、易揮發(fā)、易氧化和燃燒等缺點.為有效克服單一的無機類或有機類相變材料存在的缺點,可采用復合材料.復合材料主要是有機和無機的餛合物,應用范圍廣,但存在相變潛熱下降、長期相變過程中易發(fā)生變性等缺點.所以,相變材料的研發(fā)必然要走二元或多元復合方向.

　　近年來,研制復合相變材料已成為相變材料領域的研究熱點.當前復合的方式有兩種：一種是將正烷烴與脂肪酸類、多元醇類相變材料混合,得到一定溫度下的低共熔混合物,從而以更低的成本得到更有效的復合相變材料.另一種是將兩種或三種多元醇按不同比例混合,形成“共融合金”,通過對相變溫度和相變焓進行調節(jié),開發(fā)出具有合適的相變溫度與相變焓的復合相變材料.[2-3]

　　三、用于建筑結構的相變材料的選擇

　　作為建筑節(jié)能和建筑環(huán)境與設備工程領域用相變材料,它們應滿足以下條件：

　　1、熱性能要求：合適的相變溫度;較大的相變潛熱;合適的導熱性能(導熱系數一般宜大).

　　2、化學性能要求：在相變過程中不易發(fā)生熔析現象;應在恒定溫度下融化或固化,即必須是可逆相變,不發(fā)生;過冷現象(或過冷度很少),性能穩(wěn)定;無毒,對人體無腐蝕;與容器材料相容,即不腐蝕容器;不易燃;較快的結晶速度和晶體生長速度.

　　3、物理性能要求：低蒸汽壓;體積膨脹率較小;密度較大.

　　4、經濟性能要求：原料易得、價格便宜[4].

　　鑒于以上要求,對建筑相變材料的選擇經歷了如下發(fā)展：最初研究的無機鹽的水合物Na2SO4·10H2O和CaCl2·6H2O,盡管熔點合適、潛熱大且價格低廉,但由于產生過冷或過熱現象,對建筑材料具有腐蝕性或強吸潮性而被排除.有機類相變材料,如烷烴、酯、醇及石蠟等,雖然化學穩(wěn)定性好,但仍是固-液相變,需要容器封裝,成本高,工藝復雜.隨著物理化學和有機化學基礎理論的發(fā)展,最近人們開發(fā)出固-固高分子相變材料和定形相變材料.如姜勇等人采用化學方法,制備了固-固相變高分子材料;還有些學者借助于微膠囊技術或采用納米制備技術制得固-固相變材料;張演平等以高密度聚乙烯為載體制備了定形相變材料,這種材料兼顧了固-液相變潛能大以及固-固相變體積變化小的優(yōu)點,并且物理性能和化學性能穩(wěn)定、熱導率高,使用過程中無需容器封裝,比傳統建筑材料復合工藝簡單,這種材料的出現使得相變材料在建筑結構中的應用成為可能.

　　目前應用于建筑節(jié)能領域的相變材料主要有結晶水合鹽類無機相變材料、石蠟、羧酸、酯、多元醇以及高分子聚合物等有機相變材料.

　　四、相變材料的封裝技術

　　相變材料與混凝土的結合方法主要有直接加入、浸泡和封裝三種.直接加入法便于控制加入量,浸泡法則可對成品建筑材料進行處理.但是,采用這兩種方法制備的相變儲能建材耐久性差,封裝方法有效地解決了上述問題.封裝包括大體積封裝和微體積封裝.大體積封裝是將相變材料裝入管件、袋子、板狀容器或其他容器中,這種容器化相變材料已經被市場應用到太陽能領域,但由于其在相變時與環(huán)境接觸面積太小,使得能量傳遞不是很有效.因此,微體積封裝越來越吸引人們的眼球.微體積封裝,又名微觀封裝,是指把載體基質做成微膠囊、多孔泡沫塑料或網狀結構,而將工作物質灌注于其中;或者采用易成膜物質,如高密度聚乙烯,與相變材料共混而成,即利用二者的相容性,熔融后混合在一起制作成為成分均勻的相變材料.這種材料可與傳統建筑材料直接復合,工藝簡單,化學性質穩(wěn)定,儲熱量高,熱導率高.

　　五、相變混凝土的應用前景

　　相變混凝土作為環(huán)保節(jié)能型的建筑功能材料,可以在提高建筑物舒適性、節(jié)能降耗等方面發(fā)揮重要的作用.要使相變混凝土在工程實際中能有廣泛應用,還需要對許多問題作更深入的研究,今后的研究方向和主要內容有：

　　(1)研究更為合適的可用于相變儲能建筑材料的相變材料;(2)研究如何制備穩(wěn)定相變儲能建筑材料的新方法;(3)提高相變儲能建筑材料的傳熱性能;(4)建立相變儲能建筑材料圍護結構傳熱模型.

　　相變混凝土用于建筑節(jié)能領域,有利于降低建筑內部熱波動,提高建筑物的舒適性,達到節(jié)能的目的.隨著能源問題的日益突出以及人們對建筑節(jié)能問題的日益重視,相變混凝土的應用前景必然越來越廣闊.

　　參考文獻

　　[1] 蓄冷空調技術[M].方貴銀等編著.北京:機械工業(yè)出版社,2006.6.

　　[2] Farid M M.Khudhair A M,Razaek S A.et al. A Review on Phase change energy storage material applieations[J].Energy Conversion and Management,2004,45:1597-1615.

　　[3]He B,Matine V,Setterwall F. Phase transition temperature ranges and storage density of paraffin wax phase change materials [J].Energy,2004,29: 1785-1804.

　　[4]熱質交換原理與設備[M].連之偉主編.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006.