定形相变储能建筑材料的制备及热性能研究

论文摘要

相变材料在其发生相变化的过程中,可以从环境中吸收或放出大量的热量或冷量,实现能量在不同时间和空间的转换,同时保持自身的温度基本不变。将相变材料应用于建筑节能领域,可以提高墙体的保温能力,减少因空气流动造成的室内温度波动,从而达到节能降耗的目的。本文采用十六醇/棕榈酸的低共熔混合物（HA-PA）和十六醇/月桂酸的低共熔混合物（HA-LA）作为相变材料。通过真空熔融浸渗的方法,将HA-PA和HA-LA填充到多孔膨胀珍珠岩基体材料中,制备了两种新型的定形相变材料（HA-PA/EP和HA-LA/EP）。将HA-PA相变材料与普通建筑材料粉煤灰和陶土相混合,并用环氧树脂对其进行包覆,制备了陶土储能小球（HA-PA/PC Ball）和粉煤灰储能小球（HA-PA/FA Ball）。通过压汞法对膨胀珍珠岩基体的孔结构进行了分析,测得膨胀珍珠岩的中值孔径为899.6 nm,比表面积为8.56 m2/g。采用扫描电镜对膨胀珍珠岩基体以及定形相变材料进行了形貌分析。结果表明,膨胀珍珠岩的基体内部有大量的孔道结构,而且相变材料已经浸渗到膨胀珍珠岩的内部孔隙中。由于表面张力的作用,浸渗到孔道结构中的相变材料不会在发生相变的过程中渗漏出来。采用DSC测试,对HA-PA/EP、HA-LA/EP、HA-PA/PC Ball和HA-PA/FA Ball的热物理性能进行了分析。测得HA-PA/EP的相变温度为41.54℃,相变焓为137.6 J /g;HA-LA/EP的相变温度为26.54℃,相变焓为121.4 J/g;HA-PA/PC Ball的相变温度为45.15℃,相变焓值为77.25 J/g;HA-PA/FA Ball的相变温度为44.82℃,相变焓为67.59 J/g。定形相变材料的相变温度在2050℃之间,适合应用于工业余热回收和建筑节能领域。通过温度-时间曲线法对制备的定形相变材料进行了传热性能测试,采用在定形相变材料中添加质量分数为10%的石墨来提高定形相变材料的导热性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 相变储能研究概述
• 1.3 用于建筑结构的相变材料的分类
• 1.3.1 结晶水合盐
• 1.3.2 石蜡类
• 1.3.3 脂肪酸类
• 1.4 相变材料与建材基体的结合方法
• 1.4.1 直接混合法
• 1.4.2 间接混合法
• 1.5 相变储能建筑材料的应用
• 1.5.1 被动蓄能相变建筑围护结构
• 1.5.2 添加相变材料的混凝土砌块
• 1.5.3 相变材料整合空间加热
• 1.6 相变储能建筑材料研究中存在的主要问题
• 1.7 本文主要研究内容
• 第2章 相变储能建筑材料的热力学基础
• 2.1 相平衡和相图基础
• 2.1.1 相平衡和吉布斯相律
• 2.1.2 吉布斯相律的推导
• 2.1.3 相图原理及规则
• 2.1.4 具有低共熔点的二元体系的相图
• 2.2 相平衡测定与热分析方法
• 2.2.1 加热或冷却曲线法
• 2.2.2 差热分析法
• 2.2.3 DSC 热分析
• 2.3 小结
• 第3章 多孔相变储能建筑材料的制备
• 3.1 实验原料及仪器
• 3.1.1 原料
• 3.1.2 仪器
• 3.2 实验过程
• 3.2.1 低共熔混合物二元体系的理论计算
• 3.2.2 二元体系固液相平衡的测定
• 3.2.3 相变储能建筑材料的制备
• 3.3 测试与分析
• 3.3.1 形貌分析
• 3.3.2 DSC 分析
• 3.3.3 化学相容性分析
• 3.3.4 热稳定性分析
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 相图的绘制
• 3.4.2 相变储能建筑材料的制备工艺条件的优化
• 3.4.3 形貌分析
• 3.4.4 DSC 分析
• 3.4.5 化学相容性分析
• 3.4.6 热稳定性分析
• 3.5 小结
• 第4章 相变储能建筑材料传热性能的研究
• 4.1 原料及仪器
• 4.1.1 原料
• 4.1.2 仪器
• 4.2 实验过程
• 4.2.1 HA-PA 相变储能小球的制备
• 4.2.2 相变储能建筑材料导热性能测试
• 4.3 分析与测试
• 4.3.1 DSC 分析
• 4.3.2 传热性能测试
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 膨胀珍珠岩基定形相变材料的传热性能分析
• 4.4.2 陶土基储能小球的传热性能分析
• 4.4.3 粉煤灰基储能小球的传热性能分析
• 4.5 小结
• 第5章 结论
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间主要科研成果
• 一、发表学术论文