定形相变材料在建筑节能领域的应用

(江西理工大学建筑与测绘工程学院 江西 赣州 341000)

一、定形相变材料的封装技术分类

定形相变材料的封装技术分成多孔材料吸附法、微胶囊法和浸泡法。

(一)多孔材料吸附法

多孔材料具有比表面积大的优势，通过微结构毛细作用，以多孔材料为基体可以吸附大量的相变材料。方晓明[1]等将膨润土与硬脂酸用液相插层法复合，用XRD分析了硬脂酸质量分数34%的有机膨润土，发现制备的定形相变材料的图谱与两种原材料的图谱明显不同，这是因为膨润土的纳米层间有有硬脂酸分子填入，因而生成了新型的材料。用DSC分析了定形相变材料，发现相变温度与硬脂酸的相近，相变潜热数值与硬脂酸相变潜热的百分比数值一样接近，经过500次热循环实验后其性能良好。赵思勰[2]等采用直接吸附法将膨胀珍珠岩与石蜡复合在一起，通过FT-IR分析、SEM分析、DSC分析等对定形相变材料进行研究，结果表明石蜡很好的填充与膨胀珍珠岩的微孔内，膨胀珍珠岩最多可吸附66.6%的石蜡，DSC测得定形相变材料的相变温度和相变潜热分别为57.1℃和133J/g，FT-IR图谱可知两者之间的结合只是物理相嵌，无化学反应发生，TG测试可知其热稳定性良好。

(二)微胶囊法

微胶囊法就是利用特定方法，用1-1000μm的微胶囊封装相变材料，其与墙体的接触面积大，导热系数大，泄漏小，但是制备技术要求较高。张毅[3]等利用原位聚合法，改变非离子和阴离子乳化剂制备了用三聚氰胺-甲醛树脂为微胶囊包裹正十八烷的微胶囊相变材料，用FT-IR分析、SEM分析、DSC分析和激光粒度分析仪确定乳化剂与微胶囊形态和其潜热的关系。发现利用非离子和阴离子复合乳化剂时，微胶囊相变材料的团聚现象有效减少，颗粒减小到0.1-1μm之间，相变潜热提升至70.86J/g。尚建丽[4]等利用界面聚合法以聚脲和聚氨酯制备微胶囊包裹石蜡，并制备了单双层壁材的微胶囊，用DSC分析和TG分析对单双层胶囊进行研究，发现与单层胶囊对比，双层胶囊合成过程反应更充分，产率更高，DSC分析测得相变温度和潜热分别为19.2℃和79.9J/g。

(三)浸泡法

浸泡法就是当相变材料变成液体时，再建筑材料放入其中浸渍，制作流程简单，但是也会有泄漏和易腐蚀等现象发生。陈培海[5]等选用真空浸泡法，用凹凸棒作吸附材料，将正十八烷吸附进凹凸棒的微孔中形成定形相变材料。通过SEM分析和DSC分析，SEM分析得出正十八烷/凹凸棒材料结构有比表面积大的优点，DSC测试20次热稳定实验后测试后正十八烷/凹凸棒材料的相变温度以及潜热下降不大，其热稳定性满足工程要求。王亚[6]等以选用真空浸泡法，用自制三维网状石墨烯作吸附载体吸附棕榈酸，通过增加M系列石墨烯纳米片占比至8%，复合材料的导热系数为0.634W/(m·K)，比棕榈酸导热系数大3.2倍。

二、相变材料在建筑节能领域中的应用

建筑物在白天和晚上、夏季和冬季，电力的消耗量有很大的变化。由于这种变化，能源使用成本在高峰期和低谷期有所不同。利用相变材料在白天储存能量，在夜间放出热量的原理，将其运用于建筑材料中，可实现减小室内温度波动、提高人体舒适度、降低建筑结构能耗、减少能源使用成本的效果。张巨松等[7]研究发现饱和脂肪酸/膨胀珍珠岩/骨胶复合相变砂浆的相变温度比常规砂浆降低了4.7℃，比热容是常规砂浆2倍，温度波动远小于常规砂浆，说明复合砂浆的温度调节性能较好。钱利姣等[8]利用控温模拟实验研究了月桂酸-肉豆蔻酸/膨胀珍珠岩相变砂浆板的热性能。模拟结果显示，与普通砂浆板相比，复合板有较好的温度调节效果，当LA-MA掺入量变大时，温度调节效果越好。同样，黄婷[9]对癸酸-月桂酸、癸酸-硬脂酸和月桂酸-硬脂酸复合膨胀珍珠岩三类相变房屋和普通房屋进行模拟实验，发现它的室内温度波动不大，外墙内壁与常规墙体内壁的温度相差最大2.5℃，说明新型房屋储热能力良好。此外，张毅等[10]分析了月桂酸-癸酸/硅藻土相变储热石膏板,发现相变储热石膏板的比热容比常规石膏板更大,板材内部温度升降温速率更慢，说明它的温度调节强，有较好的保温蓄热性能,适合做轻质保温蓄热建筑材料。邓安仲等[11]对癸酸/SiO2复合墙体进行了隔热控温试验研究，发现复合墙体可以通过外环境温度差蓄放热。

三、结束语

将相变技术应用于建筑节能领域，对于能源的节省和提高建筑室内热舒适度意义重大。现今在相变材料在建筑中应用还存在诸如相变材料泄漏率太高、相变材料与围护结构导热系数差等问题，在今后的研究可以从这方面着手解决