相变储能混凝土的试制研究

论文摘要

随着社会的急速发展,节约能源已受到全世界的普遍关注。相变材料(PCM)在发生相变的过程中吸收或者释放热量,在太阳能利用、建筑节能和空调采暖方面有着广阔的应用前景。利用相变材料发生相变过程将能量储存起来,待需要时又将储存的能量释放出来,还可以解决能量供求在时间和空间上比匹配的矛盾。将相变材料与多孔基体相结合制备相变储能建筑材料,并使用到建筑围护结构中,可以起到控制建筑物室内温度波动,使室内的温度控制在人体舒适温度范围内的作用,从而降低建筑采暖和制冷的能源消耗,实现建筑节能。本文首先配制出二元复合相变材料,然后用多孔超轻陶粒作为载体吸入相变材料,最后把超轻陶粒作为粗骨料进行了相变储能混凝土的试制。研究表明:①癸酸与月挂酸复合可形成二元低共熔体系,体系的低共熔点温度为19.8℃,此时的癸酸组成为70%;当癸酸含量为40%～60%时,可以得到相变温度为20℃～25℃,相变潜热为93J/g～102 J/g的二元复合相变材料;对二元体系的低共熔点与相变潜热进行理论计算,其结果与试验数据较为吻合。②在10℃～40℃的条件下,对癸酸含量为40%的癸酸—月桂酸二元复合相变材料进行50、100、200和400次相变循环后发现,复合物的相变温度与相变潜热变化很小,证实了复合物具有良好的热稳定性。③可以选择内部多孔的超轻陶粒作为吸入相变材料的载体;相对于自然条件下对相变材料的吸入量13.6%,采用真空吸入法可以大大提高超轻陶粒对相变材料的吸入量,吸入量为48%;对于相同的吸入条件,多孔载体的孔数量、孔径大小以及孔的连通性决定了多孔载体对相变材料的吸入量。④癸酸—月桂酸二元复合相变材料与超轻陶粒载体具有很好的相容性;当癸酸组成为40%的复合相变材料吸入到超轻陶粒后,其相变温度与相变潜热较吸附之前都有所增大。⑤石蜡、乳化沥青与环氧树脂用作超轻陶粒表面封装材料均能有效阻止超轻陶粒中相变材料在相变循环中的渗漏;而水泥净浆不能作为超轻陶粒表面封装材料使用;把封装好的相变陶粒作为粗骨料可以成功制备相变混凝土,但相变混凝土的强度较基准混凝土都有所降低;对比各系列相变混凝土的抗压强度可以看出,环氧树脂的封装效果要明显好于石蜡和乳化沥青。⑥对于用没有进行封装的相变陶粒制备的相变混凝土,提高其胶凝材料的早期强度可以避免相变应力对相变混凝土的早期破坏;相变循环对环氧树脂封装型相变混凝土的抗压强度影响很小,但对无封装型的碱矿渣相变混凝土的抗压强度影响较大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 相变储能材料的作用机理
• 1.3 相变材料的分类及其特点
• 1.4 相变储能材料的研究现状与发展趋势
• 1.4.1 相变材料的研究现状
• 1.4.2 相变储能建筑材料的研究现状
• 1.4.3 相变储能建筑材料的储热效果研究方法
• 1.5 存在问题
• 1.6 选题背景和意义
• 1.7 主要研究内容
• 2 原材料与试验方法
• 2.1 原材料
• 2.1.1 癸酸
• 2.1.2 月桂酸
• 2.1.3 石蜡
• 2.1.4 陶粒
• 2.1.5 水泥、矿渣
• 2.1.6 细集料
• 2.1.7 封装材料
• 2.1.8 水
• 2.1.9 外加剂
• 2.1.10 碱组分
• 2.2 试验仪器及方法
• 2.2.1 相变温度测试方法
• 2.2.2 相变潜热测试方法
• 2.2.3 真空吸入仪器及试验方法
• 2.2.4 扫描电镜（SEM）试验
• 2.2.5 XRD 衍射分析
• 2.2.6 陶粒混凝土配合比设计
• 2.2.7 陶粒混凝土基本力学性能试验方法
• 3 相变材料的相变行为及热物理性能研究
• 3.1 相变材料的筛选
• 3.1.1 相变材料的筛选原则
• 3.1.2 几种二元复合相变材料的相变行为试验
• 3.2 癸酸—月桂酸二元体系相变行为研究
• 3.2.1 癸酸—月桂酸二元体系相变温度的测定
• 3.2.2 癸酸—月桂酸二元体系相变潜热测试
• 3.3 二元体系相变温度与相变潜热的理论分析
• 3.3.1 癸酸与月桂酸低共熔混合物相变温度计算
• 3.3.2 癸酸与月桂酸低共熔混合物相变焓计算
• 3.4 多次相变循环后相变材料的热物性能试验研究
• 3.5 本章小结
• 4 相变储能骨料的制备及热物性研究
• 4.1 多孔材料的选择
• 4.1.1 自然状态下陶粒吸入相变材料试验
• 4.1.2 真空条件下陶粒吸入相变材料试验
• 4.2 两种陶粒内部孔隙的微观结构分析
• 4.3 相变材料与超轻陶粒的相容性研究
• 4.3.1 相变材料的化学性质分析
• 4.3.2 相变材料与陶粒相容性分析
• 4.3.3 相变储能骨料的热物性研究
• 4.4 相变储能骨料的封装研究
• 4.4.1 陶粒表面封装材料选择与封装方式试验
• 4.4.2 封装效果试验
• 4.5 水泥净浆封装陶粒表面生成物分析
• 4.6 本章小结
• 5 相变储能混凝土的试制研究
• 5.1 普通相变储能混凝土的试制
• 5.1.1 配合比设计
• 5.1.2 试验结果分析
• 5.2 碱矿渣相变储能混凝土的试制
• 5.2.1 配合比设计
• 5.2.2 试验结果分析
• 5.3 相变循环对相变储能混凝土强度的影响
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录