相变材料在建筑上的运用范文

1按照发生相变的材性分类

按照发生相变的材性分类，相变材料主要有有机类相变材料和无机类相变材料，有机类相变材料按照相变材料的外形状态是否稳定，可分为定型相变材料和无定型相变材料。定型相变材料主要是高分子材料如高密度聚乙烯（HDPE）等，无定型相变材料主要为多元醇、石蜡、脂肪酸、沥青等。有机类相变材料具有固体成型好、不易发生相分离及过冷现象、腐蚀性较小、性能稳定等优点，但是存在着导热系数小，熔点较低，不适于高温环境中应用，且易挥发等缺点。无机固-液相变材料主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等。其中研究最多应用最广的是结晶水合盐类。它们有较大的熔解热和固定的熔点，具有代表性的有：Na2SO4.10H2O、MgCl2.6H2O、CaCl2.6H2O等。结晶水合盐一般为中性，价格便宜，导热系数大，储热密度大，是中、低温相变材料的重要一类。但是，无机相变材料通常存在着相分离、过冷等现象，添加增稠剂和晶体结构改变剂通常可以有效的解决相分离现象，添加成核剂可以解决过冷现象。另外，水合盐还有腐蚀性，不利于封装。

2相变材料在建筑上的应用

2.1固液相变材料的载体在建筑领域应用的相变材料主要是固-液相变材料。当发生固-液相变时，由于有液相的存在，经常发生液相迁移或泄漏等问题，无法进行多次循环应用，解决问题的方法主要是将相变材料制备成微细液滴进行胶囊封装，或者利用中空多孔的固体载体，将相变材料通过物理吸附或化学吸附等方法，吸附在多孔颗粒中，再进行封闭，制备复合相变体。轻质多孔材料中，石膏板、木板、陶粒、混凝土、水泥纤维板、粉煤灰空心球、活性炭人工颗粒材料、硅藻土、粘土，秸秆、高岭土等都是研究应用较多的载体。杨晟等采用泡沫石墨作为固-液体相变材料的载体，研究以石蜡正十八烷制备成泡沫石墨/石蜡相变储热复合材料。余飞等利用秸秆高孔隙率和高吸水性，浸渍无机盐固液相变材料，以改性水玻璃胶结，并模压成型制备秸秆板材，研究无机盐相变材料的过冷性质，稻秆相变材料板材的制备工艺及相变循环耐久性等；肖涛等利用活性炭制备了PEG/活性炭相变材料，研究了复合相变材料对沥青熔点的影响。仇影等采用二甲基亚砜改性的煤系高岭土为前驱体，将月桂酸和月桂醇作为相变材料，插入高岭土层间制备二元有机煤系高岭土复合相变储能材料；王佼等利用硅藻土制备了相变储能材料，并研究了复合材料的性能；谢成等以木材作为载体，聚乙二醇为复合相变材料制备了复合相变储能材料。

2.2相变材料的封装材料固-液相变材料与建筑基体材料的结合方法主要有以下3种：直接加入、浸泡和封装。直接加入法和浸泡法制备的相变储能建筑材料耐久性差，主要表现为相变材料的泄漏和对基体材料的腐蚀。封装方法有效地解决了上述问题。封装包括大体积封装和微体积封装，大体积封装是将相变材料装入管件、袋子、板状容器或其他容器中。这种容器化相变材料已经被市场应用到太阳能领域，但由于其在相变时与环境接触的面积太小使得能量传递并不是很有效。因此微体积封装越来越吸引人们的眼球。微观封装，是指把相变材料的载体做成微胶囊、多孔泡沫塑料或三维网状结构，而将工作物质灌注于其中，或者采用易成膜物质，将相变材料与载体封装成微胶囊，再与传统建筑材料直接复合，工艺简单，化学性能稳定好。

用于封装的材料主要是易成膜，阻隔性能好，不与相变材料相溶，有较好的耐久性的材料，通常为一些有机成膜材料，如聚乳酸、聚烯烃、酚醛树脂等。王锦成等采用聚乳酸为封装材料，制备了聚乳酸包覆石蜡相变储能材料，并研究了材料的性能与表征。苏磊静分别以低密度聚乙烯（LDPE）和乙烯-辛烯共聚物（POE）为包覆材料，以石蜡为相变材料，制备了定形相变材料，LiuXing等以十八烷为芯材，尿素-三聚氰胺-甲醛共聚物为囊壁，采用原位聚合法制成了微胶囊相变材料。J.Kim等以十八烷为囊芯，聚脲为囊壁，采用界面聚合法合成囊芯体积比为1：1的定型相变材料微胶囊，并将微胶囊黏结到织物上获得了具有温度调节功能的织物。

2.3相变材料的应用近几年，相变材料在建筑上的应用主要体现在建筑节能方面，应用相变材料制备建筑的围护结构、太阳能相变供暖储热系统和相变空调蓄冷系统。相变材料在建筑围护结构的中应用主要研究不同相变材料与墙体材料的复合方式，复合墙体材料的物理性质，围护结构的位置对室内温湿的影响等。张妮等对复合相变材料储热水泥板的热性能研究，以十八烷为相变材料，以膨胀石墨为支撑结构制备复合相变储热材料，并将其掺入到普通硅酸盐水泥中，研究了储热材料的表观密度、抗压强度，储热水泥板的导热系数和储热性能。结果表明随着复合相变储热材料质量含量的增加，表观密度和抗压强度逐渐下降，导热系数也近似于线性减小。

石宪研究了相变储能墙板对室内温湿度的影响，重点研究了相变墙板放置不同位置产生的温湿度差异实验结果表明，相变储能墙板可以调节室内温湿度的变化，而且相变材料在墙材中的不同组合方式对室内温湿度的调节效果也有所不同，其中相变材料位于墙体夹层中时调温效果最好，而相变材料内贴于墙体时调湿效果最好。使用相变储能墙板能明显降低室内温度，能够起到一定的建筑节能效果。郝先成等对相变材料在建筑围护结构中稳定热源和非稳定热源条件下的热效进行了理论推导，并对武汉地区实际应用的功效进行分析。研究结果表明在相同条件下与不加相变材料相比，室外温度升高10℃时，加入相变材料可削减室内峰值温度约4℃；当室外温度按正弦波形式变化时，可使室内峰值温度滞后2.65h。丁理峰等利用典型气象年逐时数据，讨论了5个热工分区中典型城市的建筑采用外保温或相变材料后，全年室温和采暖空调能耗的变化情况，研究表明外保温随采暖能耗在整个建筑能耗中比例的增大而愈显重要；内墙为相变材料可使被动式建筑夏季具有较好的舒适度，使主动式建筑夏季空调能耗降低。

3相变材料的应用展望

相变材料在建筑节能领域的应用能有效的降低建筑能耗，拓展了建筑材料的功能，但在相变材料的热物性、相变材料与建筑材料基体的相容性和经济性、耐久性和多功能等方面应进一步研究，同时应对建筑相变材料的生产工艺简化和生产设备应进一步研究。

作者：曹洪吉刘伟单位：江苏建筑职业技术学院江苏省建筑节能工程技术研究开发中心