相变储能节能墙体材料的研究

摘要

蓄能技术利用相变材料(Phase Change Material，PCM)的相变热来储存能量，主要用于调节电力峰谷负荷：提高建筑环境的热舒适性。它不仅有学术价值，还会产生明显的经济效益和环境效益。本文主要结合相变材料在建筑结构中的应用开展研究。 本文对相变材料进行了分类，分析其各自的物理、化学和热性能。从与建材结合的相容性，经济性等方面综合考虑，优选出了可用于建筑节能的单一相变材料。由于单一相变材料存在其固有的缺陷，通过将相变储能材料复配来获取适用于建筑节能的复合相变材料。理论计算与试验测试结果表明，复配石蜡(固体石蜡和液体石蜡按照质量比1:2混合)与十烷酸、月桂酸复合物(十烷酸与月桂酸摩尔比为68％：32％)为最佳复合相变材料。前者相变温度与相变潜热分别为27.20℃，42.8364J/g；后者为18.80℃，70.2151 J/g。 选取多种微孔无机材料与复合相变材料通过物理吸附法制备定形相变材料。试验结果表明，膨胀珍珠岩的吸附特性最好，复配石蜡/膨胀珍珠岩复合定形相变材料中复配石蜡的比例为60％。其相变温度与相变潜热分别为27.48℃，25.7109J/g。有机相变材料导热系数小，吸放热速率较慢，储能密度较低。因此采用添加高导热系数的硅微粉与石墨来增强其传热性能，测试结果表明硅微粉更能强化复合材料的传热。 从节能和环保出发，比较相变储能墙板的多种复合方法后，采用在普通板材表面涂覆相变材料层的方法研制出一种新型复合相交植物纤维墙板。相变墙板的测试结果表明，其耐久性与稳定性均良好。 相交储能保温箱体测试结果表明，含石蜡相变储能材料相对于普通材料具有优越的调温效果、节能效果，稳定性良好。最后对复合相变墙体节能功效进行分析与评价，为实现我国的高舒适、低能耗住宅提供参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究的背景

1.1.1我国建筑能耗现状

1.1.2相变储能墙体

1.2相变储能建筑材料的研究动态

1.2.1国外相变储能建筑材料研究

1.2.2国内相变储能建筑材料研究

1.2.3存在的问题及应用展望

1.3课题意义与主要研究内容

1.3.1课题研究的意义

1.3.2课题研究内容与创新点

1.4本章小结

第二章复合相变材料的制备与性能

2.1相变材料的分类

2.1.1无机相变材料

2.1.2有机相变材料

2.1.3复合相变材料

2.2相变储能材料的选择方法

2.3相变储能材料研究的热力学基础

2.4实验方法

2.5实验部分

2.5.1试验材料

2.5.2主要试验设备与仪器

2.6实验结果与讨论

2.6.1相变材料单体的热特性

2.6.2复合相变材料的制备

2.6.3密度及体积膨胀率

2.6.4复合相变材料的热性能

2.7本章小结

第三章复合定形相变材料的制备与研究

3.1实验方法

3.2实验部分

3.2.1试验原材料

3.2.2实验仪器

3.2.3实验过程

3.3实验结果与讨论

3.3.1复合定形相变材料制备

3.3.2复配石蜡／膨胀珍珠岩复合定形相变材料的DSC测试

3.3.3复配石蜡／膨胀珍珠岩复合定形相变材料的储放热性能测试

3.4本章小结

第四章复合相变墙板的制作与性能

4.1相变墙板的复合方法

4.1.1相变墙板的定义

4.1.2相变墙板的复合方法

4.2实验部分

4.2.1试验原材料

4.2.2主要试验仪器与设备

4.2.3试验方法

4.3结果与讨论

4.3.1复合相变墙板的基本性质

4.3.2复合相变墙板的耐久性

4.3.3复合相变墙板的稳定性

4.4本章小结

第五章相变储能保温箱体的实验研究

5.1实验材料及仪器

5.1.1试验原材料

5.1.2试验设备与仪器

5.2相变储能保温箱体的制作

5.3实验方案

5.4实验过程与结果分析

5.4.1箱体表面测试温度比较

5.4.2箱体内部测试温度比较

5.4.3箱体外侧与箱体内部温差比较

5.4.4箱体外表面与内表面温差比较

5.5本章小结

第六章复合相变墙体的节能功能分析

6.1相变墙体节能机理分析

6.2相变墙板应用效果优化

6.2.1相变温度与相变潜热

6.2.2相变材料含量

6.2.3相变墙板摆放位置

6.2.4相变墙板厚度

6.3相变材料在建筑节能中作用

6.3.1降低室内的温度△T

6.3.2滞后时间△t

6.4相变材料在建筑节能中的市场价值

6.5相变墙体节能效果分析

6.6本章小结

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

致谢

参考文献

硕士期间发表论文