建筑用新型相变储能泡沫混凝土保温隔墙板材料的性能研究

以固固相变材料和相变微胶囊为建筑隔热材料,以泡沫混凝土为载体,制备一种新型相变储能泡沫混凝土。探究了相变材料掺量对泡沫混凝土干密度、吸水率、抗压强度、相变循环耐久性的影响,并对掺入固固相变材料的泡沫混凝土板进行传热特性研究。结果表明：随着固固相变材料掺量的增加,泡沫混凝土干密度、吸水率逐渐减小;随着相变微胶囊掺量的增加,泡沫混凝土干密度、吸水率逐渐增大。掺入相变微胶囊和固固相变材料的泡沫混凝土具有良好的吸热特性,可起到调节室内温度峰值的作用。     

适用于太阳能制冷系统的蓄冷介质初探

在研发的太阳能制冷系统前期的基础上,针对所需不同类型的蓄冷介质的优缺点进行分析比较,选择相变材料作为太阳能制冷系统的蓄冷介质。根据蓄冷要求,对两种新型微胶囊相变蓄冷材料(micro encapsulated phase change materials,简称MEPCM)进行了DSC热物性参数测试,并对测试结果进行分析比较,最终选取了相变温度为16℃的以石蜡为核心的微胶囊相变材料作为蓄冷系统的蓄冷介质。为相变蓄冷结合的太阳能制冷系统研究奠定了理论和试验基础。     

原位聚合法制备微胶囊相变材料及热工性能研究

以相变蜡、正十八烷和十二醇为芯材,氨基树脂为壁材,采用原位聚合法制备了适合建筑材料使用的微胶囊相变材料,借助扫描电镜图像法、差示扫描量热法和热重分析法对其进行表征,研究了芯材种类、乳化剂用量、预聚体滴加速度对微胶囊相变材料相变温度、相变潜热、热重等热性能的影响。结果表明:正十八烷微胶囊和十二醇微胶囊相变材料近球颗粒表面光滑,粒径分布均匀,成囊率高;当十二醇/氨基树脂微胶囊乳化剂用量为8%,预聚体滴加时间在60 min时,反应较充分,相变温度为23.09℃,相变潜热为61.30 J/g,耐200℃的高温,热稳定性好,适合用于相变储能材料。     

相变储能材料的制备及其在石膏基体中的应用研究

制备有机-无机复合壁材微胶囊相变储能材料,并与石膏掺混制备相变储能石膏复合材料。研究了不同壁材结构微胶囊和相变储能石膏复合材料的理化性质。结果表明,复合壁材微胶囊相变储能材料中,微胶囊壁材以无机硅为主,兼有少量有机硅组分,可有效防止壁材开裂且提高微胶囊包覆率;复合壁材微胶囊相变储能材料的相变温度和潜热分别为24.57℃和122.8 J/g,粒径为0.5~1.0μm;掺加微胶囊后,由于石膏结晶状态改变,石膏基体凝结时间延长且强度降低,当掺量达到10%时,相变储能石膏复合材料的潜热为16.1 J/g,具备一定的蓄热调温能力。     

应用于绿色建筑的相变材料与微胶囊相变材料热工性能优化研究

相变材料具有储能密度高、温度波动小的特点,在绿色建筑的暖通空调、新能源利用以及换热器等领域有着广阔的应用前景。文章研究了相变材料的热工性能,并分析相变材料在建筑节能中的应用。制备了以水和聚乙二醇400为基液的相变微乳液与相变微胶囊悬浮液,测定了其导热系数、静置后浊度等参数,从而研究改良基液对相变微胶囊悬浮液与相变乳状液热工性能的影响。实验表明水和聚乙二醇400基液分别降低了浓度15%、30%、40%的相变微胶囊悬浮液静置后浊度26.5%、23.0%、2.5%,提高了悬浮液稳定性并保持较高的导热系数,更加适用于绿色建筑。     

相变蓄热地板回填材料的参数优选

针对采用相变蓄热地板(由保温层、回填层、找平层、装饰层组成)的地面辐射供暖系统房间,采用数值模拟方法,将室内温度的稳定性(室内温度变化幅度越小,变化周期越长,说明室内温度随时间的变化越平缓,室内温度的稳定性越好)、热水锅炉启停次数(越少越好)、热水锅炉启停间隔时间(在热水锅炉启停次数一定的前提下,启停间隔时间越短越好)作为指标,优选相变蓄热地板回填材料中相变微胶囊(相变材料为石蜡)的相变温度(15、20、30、35℃)、质量配比(相变微胶囊与水泥砂浆的质量比)。当室内温度由初始温度(3℃)随着热水锅炉的运行(提供50℃的热水)升至供暖室内设计温度(20℃),热水锅炉停止运行。但室内温度并没有随着热水锅炉的停止而迅速下降,而是继续上升一段时间后再下降,这主要是由于相变蓄热地板的蓄热量在热水锅炉停止后进行了释放。回填材料的相变微胶囊与水泥砂浆的最佳质量比为1∶1,相变微胶囊的理想相变温度为30℃。     

相变微胶囊硅藻土蓄热板材制备与性能研究

以正十八烷相变微胶囊为蓄热材料,制备相变微胶囊/硅藻土复合材料,并通过压模法制备相变微胶囊/硅藻土蓄热板材。采用差示扫描量热仪、电子扫描显微镜、傅里叶红外光谱仪测试分析复合材料性质,测试蓄热板材的导热系数,对蓄热板材进行蓄放热性能实验,分析其蓄热性能。结果表明:相变微胶囊/硅藻土复合材料熔化、凝固温度分别为25.64、24.04℃,熔化潜热、凝固潜热分别为59.51、56.97 J/g;蓄热板材在温度变化中有明显滞后性,有助于调节室内温度平衡。     

癸酸微胶囊相变储能砂浆板的温控模拟与验证

以癸酸微胶囊相变储能砂浆板为研究对象,采用试验测试结合数值模拟的方法,验证癸酸微胶囊相变储能砂浆板在建筑围护结构中的温控效果.结果表明:与未掺癸酸微胶囊时相比,掺入2%和4%癸酸微胶囊的相变储能砂浆板导热系数分别降低了8%和21%,而蓄热系数分别升高了3%和11%.在数值模拟与试验验证中,相变储能砂浆板平面温度呈梯度分布,平面整体温度差异不大;随着癸酸微胶囊掺量的提升,相变储能砂浆板在相同时刻的温度上升速度变慢,在同温度下需要的加热时间增加;与未掺癸酸微胶囊的相变储能砂浆板相比,掺4%癸酸微胶囊的相变储能砂浆板相变完成时间延迟20min左右,说明掺入癸酸微胶囊能使相变储能砂浆板的温度增长出现明显延迟,癸酸微胶囊相变储能砂浆板具有良好的温控效果,且该效果随着癸酸微胶囊掺量的增加而变得更好.     

相变微胶囊改性砂浆界面传热机理研究

以二氧化硅为壳材、石蜡为芯材制备相变微胶囊，并与水泥掺混制备相变微胶囊改性砂浆，研究相变微胶囊掺量对改性砂浆热性能的影响。研究表明，随着微胶囊掺量增加，改性砂浆试样的内表面温度降低，升温速率下降，导热系数减小。当相变微胶囊掺量为20%时，导热系数较纯砂浆试样降低了0.49 W/（m·K）。基于COMSOL软件，建立有限元模型，从微观尺度分析相变过程传热机理，以及相变微胶囊与水泥砂浆基质接触界面的传热情况。试块的外表面受热温度为50℃时，添加相变微胶囊的水泥砂浆内表面温度和中心剖切面温度较纯水泥砂浆分别降低0.30、1.16℃。     

对太阳能空调的储/输冷系统中相变材料的热物性测试和系统优化研究

采用瞬态热线源测量技术对相变温度为18℃的微胶囊相变材料悬浮液(MEPCMs)以及相变材料悬浮液(PCMs)的导热系数进行了测试,分析了温度和浓度对二者导热性能的影响,并且对2种相变材料进行DSC分析得到2种材料相变潜热。结果表明,这2种相变材料的导热系数随温度升高呈现先增大后降低的趋势,并且随浓度的降低而增大。将2种材料的热物性能进行了比较,可以得到微胶囊化后的相变材料具有更好的热物性能,能够提高太阳能空调系统的运行效率以及稳定性。     

使用泡沫铜增强相变材料换热性能的实验研究

针对有机相变材料(PCM)导热系数较低的缺点,通过实验研究了添加通孔泡沫铜金属材料增强相变材料导热系数的方法。选择脂肪酸二元低共熔混合物相变材料作为蓄热介质,通过对其进行DSC测试分析,得到其相变温度和相变潜热。对壳管式潜热蓄热系统填充介质为纯PCM与PCM/泡沫铜复合相变材料两种工况下的熔化过程进行对比实验研究。实验数据表明,与纯PCM蓄热系统相比,添加泡沫铜的蓄热系统换热性能得到增强,整个蓄热器内PCM达到相变温度的时间仅为纯PCM系统的22.5%。     

相变通风屋顶的供热节能优化设计研究

提出太阳能相变屋顶系统(主要由太阳能空气集热系统、相变通风屋顶组成),将两种相变材料(PCM1、PCM2,PCM1用于供冷期蓄冷,相变温度在35℃左右。PCM2用于供暖期蓄热,相变温度在18℃左右)及风道(预制在钢筋混凝土板内,供冷期利用夜间低温空气冷却屋顶与PCM1,供暖期利用太阳能空气集热器出口热空气加热屋顶与PCM2)预制在屋顶内,形成相变通风屋顶(由上至下的基本结构为保护层、防水层、找坡层、保温层、找平层、PCM1、钢筋混凝土板),实现供冷期夜间蓄冷日间吸热、供暖期日间蓄热夜间放热。针对供暖工况,采用模拟方法,结合评价指标,对相变通风屋顶中相变材料(由于供暖工况PCM1不发生相变,因此研究对象为相变材料PCM2)的相变温度、结构(即相变材料位置)、相变材料厚度进行优化选取。A型相变通风屋顶将PCM2设置在PCM1与钢筋混凝土板之间,B型相变通风屋顶将PCM2设置在钢筋混凝土板下面,C型相变通风屋顶将PCM2设置在预制风道外圈。PCM2的最佳相变温度为18~20℃,最优结构为B型相变通风屋顶,PCM2最佳厚度为30 mm。与无相变通风屋顶(将B型相变通风屋顶中的30 mm厚PCM2相变材料替换成相同厚度的水泥砂浆,保留预制风道,其他各层材料及厚度均保持不变)相比,最佳相变通风屋顶(PCM2相变温度为18~20℃、厚度为30 mm的B型相变通风屋顶)的各项评价指标均更优。     

相变墙体冬季传热性能评价及相变参数优化

本文从相变墙体冬季的传热过程出发,提出“保温因子”和“放热因子”评价其传热性能。然后,利用热阻法建立相变墙体在冬季的传热模型,并利用单因素分析的方法研究相变墙体内外层热阻和相变温度对“保温因子”和“放热因子”的影响,结果显示当相变墙体的作用是保温的情况下,相变层应布置在墙体的外侧,相变温度应该接近室内空气温度。当相变墙体的作用是放热的情况下,相变层应布置在墙体的内侧,相变温度应该尽量高一些。本研究可以为相变墙体的应用提供理论支持。     

定形相变墙体传热性能和力学性能的实验研究

利用液体石蜡-46#石蜡、液体石蜡—月桂酸和癸酸—肉豆蔻酸3种相变材料混合物分别与高密度聚乙烯混合制备定形相变材料.通过直接混合法把定形相变材料加入水泥砂浆制备定形相变墙体.实验研究了相变墙体和普通墙体的传热性能和力学性能.实验结果显示:定形相变墙体表面温度和热流均低于普通墙体;热物性不同的相变材料随着墙体中含量的增加...     

Preparation,thermal performance and application of shape-stabilized PCM in energy efficient buildings

Shape-stabilized phase change material (PCM) is a kind of novel PCM. It has the following salient features: large apparent specific heat for phase change temperature region, suitable thermal conductivity, keeping shape stabilized in the phase change process and no need for containers. The preparation for such kind material was investigated and its thermophysical properties were measured. Some applications of such material in energy efficient buildings (e.g., in electric under floor space heating system, in wallboard or floor to absorb solar energy to narrow the temperature swing of a day in winter) were studied. Some models of analyzing the thermal performance of the systems were developed, which were validated with the experiments. The following conclusions are obtained: (1) the applications of the novel PCM we put forward are of promising perspectives in some climate regions; (2) by using different paraffin, the melting temperature of shape-stabilized PCM can be adjusted; (3) the heat of fusion of it is in the range of 62–138 kJ kg⁻¹; (4) for PCM floor or wallboard to absorb solar energy to narrow the temperature swing in a day in winter, the suitable melting temperature of PCM should be a little higher than average indoor air temperature of the room without PCM for the period of sunshine; (5) for the electric under-floor space heating system, the optimal melting temperature can be determined by simulation; (6) PCM layer used in the aforementioned application should not be thicker than 2 cm; (7) the models developed by us are helpful for applications of shape-stabilized PCM in buildings.     

石蜡相变控温混凝土热性能研究

提出了相变控温材料机敏控制大体积混凝土温度裂缝的技术途径,测试了石蜡相变控温混凝土的控温效果及石蜡相变控温砂浆的导热系数,利用差示扫描量热仪研究了石蜡相变控温砂浆的热性能.结果表明:石蜡相变控温混凝土控温效果明显,可降低大体积混凝土内部升温速率和降温速率;石蜡掺入砂浆后,相变控温砂浆与石蜡相比导热性能明显提高,与普通砂浆相比导热系数略有降低;石蜡掺入砂浆后对相变潜热和相变控温范围无明显影响.     

蓄冷材料相变温度与相变潜热实验研究

阐述了自行研制的蓄冷材料相变温度与相变潜热实验装置的特点,并在该实验装置上测试了蓄冷材料的相变温度和相变潜热,获得了较准确的结果。     

用于回收空调冷凝热的复合相变蓄热器

本文主要介绍一种复合相变蓄热器的工作原理和结构形式,提出了应用中所存在的问题。利用相变材料放出潜热提高供水温度,在不需用热水时,压缩机不必停机从而加热融化相变材料以储存热量。采用相变材料回收空调冷凝热,既具有节能又具有环保的特点。     

Effects of wallboard design parameters on the thermal storage in buildings

The phase change material (PCM) could be added to the wallboard to increase the thermal mass to decrease in indoor temperature fluctuation and improve thermal comfort. In this study, experimentally validated simulation was performed to investigate the effects of various parameters of PCM including the nominal average phase change temperature, its range, the convective heat transfer coefficients and the wallboard thickness on the thermal storage performance of the wallboard such as the thermal energy storage and the time shift.It was found that the average phase change temperature should be close to the average room temperature to maximize the thermal heat storage in the wallboards. The phase change temperature should be narrow to maximize the thermal heat storage in the PCM wallboards. The thermal heat storage increased with the convective heat transfer coefficient, and the optimal average phase change temperature to maximize the storage shifted a bit to a higher temperature with it. The time shift was found to decrease with the convective heat transfer coefficient and the phase change temperature range.     

A new kind of phase change material (PCM) for energy-storing wallboard

A new kind of phase change material (PCM) for energy-storing wallboard is introduced in this paper. By establishing the one-dimensional non-linear mathematical model for heat conduction of the PCM energy-storing wallboard and according to the “effective heat capacity method”, simulation and calculation were made using the software MATLAB to analyze and solve the heat transfer problem of the PCM room. Meanwhile, the property can be found that the heat storing/releasing ability of the new PCM is significantly higher than that of ordinary materials by the experiment-based method. The result indicates that applying proper PCM to the inner surface of the north wall in the ordinary room can not only enhance the indoor thermal-comfort dramatically, but also increase the utilization rate of the solar radiation. So the heating energy consuming is decreased and the goal of saving energy has been achieved. If the parameters of the PCM is given as follows: the phase change temperature is set at 23 °C, the thickness is set at 30 mm, the phase change enthalpy is set at 60 kJ/kg, and the heating temperature is set at 20 °C, the energy-saving rate of heating season η can get to 17% or higher. So the energy is effectively used and saved obviously.