膨胀石墨基复合相变储热材料的制备及其在建筑节能中的应用研究

论文摘要

储热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术,在太阳能热利用、电力移峰填谷、工业废热的回收以及民用和军事等领域具有广阔的应用前景。储热技术的关键是高性能储热材料的应用。有机相变材料因其成本较低、储热密度大等优点已成为应用最为普遍的储热材料之一。但有机相变储热材料存在导热系数小、部分有机物性能不稳定且具有可燃性的缺点,因此限制了其应用。如何制备出新型相变储热材料已成为当今储热技术研究的热点。本文采用微波膨化法制备膨胀石墨,并利用其多孔吸附特性分别制备了月桂酸、硬脂酸丁酯及十八烷与膨胀石墨的复合相变材料。采用扫描电镜(SEM)分析、热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)分析等手段对复合相变储热材料的结构和热性能进行了表征。结果表明,有机物百分含量高达90%的复合相变材料依然具有较好的定型特性,且与纯有机相变材料相比,复合相变材料的相变温度变化不大,相变潜热与基于有机物质量百分含量的计算值相当。将制备的硬脂酸丁酯/膨胀石墨及十八烷/膨胀石墨分别加入到水泥中,制备复合相变储能水泥板,并研究储能材料的加入对水泥的力学、传热及储热性能的影响。结果表明,复合相变材料的加入会降低水泥的抗压强度、表观密度和导热系数。当水泥中复合相变储热材料的含量为10%时,水泥板的表观密度、7天抗压强度及导热系数与普通水泥板相比约分别降低10%、56%和16%。将制备的含有不同量复合相变储热材料的水泥板组合成立方体结构,在模拟的太阳光辐射的条件下研究立方体各点温度的变化情况。结果表明,在相同的外界辐射条件下,水泥板中复合相变储热材料的含量越高,立方体内外温差越大。这说明储热建筑材料能够有效地调节室内温度,达到减少建筑能耗的目的。将制备的含有不同量十八烷/膨胀石墨复合相变材料的储能水泥板放在同一加热板上加热,相同的加热时间内比较水泥板冷板的温度。结果表明,随着水泥板中十八烷/膨胀石墨复合相变储热材料含量的增加,水泥板冷板的峰值温度逐渐降低。证明复合相变储热材料具有较好的储能效果,且建筑材料中复合相变储热材料的含量越大,储能建筑材料的储能效果越明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 储热方式的分类及特点
• 1.2.1 显热储热
• 1.2.2 潜热储热
• 1.2.3 化学反应储热
• 1.3 相变储热概况
• 1.3.1 相变储热机理
• 1.3.2 相变材料的分类
• 1.3.3 固-液相变储热材料
• 1.3.4 固-固相变储热材料
• 1.3.5 复合相变储热材料
• 1.4 相变材料的主要应用领域
• 1.4.1 在建筑领域的应用
• 1.4.2 太阳能储存
• 1.4.3 在现代农业中的应用
• 1.4.4 在纺织行业中的应用
• 1.4.5 在电子行业中的应用
• 1.5 相变储能建筑材料的制备方法
• 1.5.1 浸泡法
• 1.5.2 掺入能量微球法
• 1.5.3 直接混合法
• 1.6 相变储能建筑材料的优点
• 1.7 本课题的研究背景及主要研究内容
• 第二章 膨胀石墨基复合相变材料的制备及性能表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验材料及设备
• 2.2.2 膨胀石墨的制备
• 2.2.3 膨胀石墨基复合相变材料的制备
• 2.2.4 性能表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 硬脂酸丁酯/膨胀石墨复合相变材料的性能表征
• 2.3.2 十八烷/膨胀石墨复合相变材料的性能表征
• 2.3.3 月桂酸/膨胀石墨复合相变材料的性能表征
• 2.4 本章小结
• 第三章 复合相变储热材料应用于水泥的初步研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料及设备
• 3.2.2 储能水泥的配制
• 3.2.3 储能水泥板块的制备
• 3.2.4 储能水泥的性能测试
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 储能水泥的表观密度分析
• 3.3.2 储能水泥抗压强度分析
• 3.3.3 储能水泥导热系数分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 复合相变储热材料在建筑节能中的应用研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料及设备
• 4.2.2 储能水泥板的节能效果研究
• 4.2.3 储能水泥板的储能效果研究
• 4.3 实验结果分析
• 4.3.1 节能效果研究
• 4.3.2 储能效果研究
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢