不同气候条件下相变屋顶传热性能数值分析

相变墙体可以有效降低建筑能耗并提高热舒适性。相变屋顶多孔砖内部填充相变温度为25~33℃的石蜡，引入考虑辐射与空气温度的等效温度，本文利用高性能计算显卡（GPU）加速基于焓法的多松弛时间格子玻尔兹曼算法（MRT-LBM），分析了2020年8月典型天气下中国7个城市应用不同相变温度的石蜡对屋顶热响应特性的影响。采用相变温度为27℃的石蜡进行研究，结果表明，上海地区相变屋顶中的石蜡没有发生相变，空调运行期间由屋顶进入室内单位面积的热量高达324.3kJ/m²；成都地区相变屋顶中的石蜡液化率变化最大为30%，内表面温度在25.6~27.3℃波动，温差仅为1.7℃，由屋顶进入室内单位面积的热量仅为50.9kJ/m²；武汉和北京地区的液相率变化很接近，其相变时间达到全天的50%，对应的由屋顶进入室内单位面积的热量为上海地区的0.37倍；昆明与哈尔滨地区屋顶内表面温度波动分别达到4.5℃与4.4℃，但对应的温度均在28℃以内；广州地区相变屋顶中的石蜡几乎没有发生相变，室内温度波动幅度为成都的2.6倍。北京、成都、武汉和昆明地区适合采用相变温度为27℃的石蜡，而广州、上海和哈尔滨地区适合采用相变温度为29℃、31℃和25℃的石蜡。本文工作可为相变建筑优化设计提供参考。     

相变珍珠岩工艺研究和相变砂浆控温模拟

针对夏热冬冷地区,不保温墙体热惰性差和有机保温墙体易燃的缺陷,将相变材料制备成相变砂浆,并希望该砂浆应用于该地区建筑物外墙的外侧,以提高夏季墙体的热惰性。以月桂酸和肉豆蔻酸形成的最低共熔物(脂肪酸)为相变材料,以膨胀珍珠岩为无机载体,采用吸附法制备相变骨料,并对其进行包裹,确定最佳工艺参数。进而用相变珍珠岩骨料制备相变砂浆,通过砂浆板控温模拟实验,评价相变砂浆的热性能。结果表明：采用真空吸附法使膨胀珍珠岩吸附200%的脂肪酸,并用67%的聚氨酯树脂包裹后可制成稳定的相变珍珠岩骨料;相变珍珠岩基砂浆板有较好的控温效果,且脂肪酸掺量越多,有效热量值降低越多,温度延时越长,降温幅度越大,即控温效果越明显。     

基于碳纳米材料协同强化型复合相变材料的动力电池组传热特性

研制了一种基于石墨烯与碳纳米管掺杂的复合相变材料（CPCM）,对比分析了高放电倍率下（3C）不同环境温度时基于纯相变材料（PCM）与复合相变材料的锂离子动力电池组的热性能。实验结果表明,当环境温度分别为30℃、35℃和40℃时,由于石墨烯与碳纳米管的协同强化传热,与基于石蜡的电池组相比,电池组的最高温度分别下降了0.6℃、0.8℃和3.8℃。同时也发现,电池组中间位置电池温度高于周边电池,复合相变材料可以降低电池组的温差,尤其在环境温度较高时效果更为明显,如在环境温度为40℃时,填充材料为纯相变材料与复合相变材料时电池组的最大温差为6℃和3.5℃,与采用纯石蜡作冷却介质相比,填充复合相变材料可以使电池组最大温差下降41.7%。     

月桂酸-正辛酸低温相变材料的制备和循环性能

相变材料在蓄冷空调系统中具有广阔的应用前景。文中利用步冷曲线法绘制了月桂酸-正辛酸溶液的相图,找到了月桂酸-正辛酸溶液的共融点,其质量比为21∶79。经差示扫描量热仪(DSC)测试得到相变温度为7.0℃,相变潜热130.8 kJ/kg,可以作为相变材料使用。对该相变材料进行充冷和放冷的实验后,用DSC测得其循环20次的相变温度为7.58℃,相变潜热为134.4 kJ/kg,循环到40次的相变温度为7.73℃,相变潜热为134.0 kJ/kg,循环稳定性能良好,适合作为蓄冷空调用低温相变材料。     

氢氟酸溶液改性钢渣相变混凝土的制备及研究

为了改善钢渣吸附月桂酸的能力，以氢氟酸溶液为腐蚀液，研究其添加量对钢渣孔结构、相组成、形貌结构及月桂酸吸附量的影响规律。然后，将改性钢渣与月桂酸复合，引入硅酸盐水泥等其他原料，制备了相变混凝土材料，分析了混凝土砂浆的流动性、粘聚性与保水性，研究了相变混凝土的水化热对制品早期强度的影响。结果表明，氢氟酸溶液的添加量显著影响月桂酸的吸附量，当氢氟酸溶液的添加量为5.0%（质量分数）时，改性后的钢渣能吸附24.12%的月桂酸，复合样品的熔融温度与冷凝温度分别为28.6、30.9℃，熔融潜热与冷凝潜热分别为43.6、43.7 J/g；采用吸附月桂酸后的钢渣制备的混凝土具有良好的流动性、粘聚性和保水性，通过其相变储热的作用降低了混凝土水化反应的温度值，迟滞达到温峰的时间，赋予混凝土制品较高的早期强度。该研究为制备新型隔热保温混凝土材料提供了新的研究思路。     

基于相变材料的太阳能PV/T系统性能

利用相变材料（phase change material, PCM）的定温储放热特性,将脂肪酸类PCM填充在装有金属肋片的集热器中,对太阳能光伏（photovoltaic, PV）板进行温度调控,实验分析了不同间歇性热量调控策略下PV/T（photovoltaic/thermal）-PCM系统宏观性能。结果表明：PCM能有效缓解光伏电池的温度波动,但系统运行中PCM的温度分层现象较为严重,制约了其实际利用率;合理的热量调控策略对防止PV/T-PCM系统中光伏电池过热及提升系统性能至关重要,数据显示工况二（调控温度设为45℃,调控时长30 min）和工况三（调控温度设为50℃,调控时长30 min）在调控前后,其光电转换效率分别提升3.4%和2.6%;工况二对应的系统总效率为90.8%,工况三为84.45%,均在工况一（无调控）的基础上有显著提升。     

基于无机水合盐相变材料的相变蓄冷新风机实验研究

新风系统提高了空气质量,但其温度波动增加了空调系统的负担。相变材料能够利用低品位冷源进行蓄冷,控制新风温度波动。本研究将性能优异的无机复合相变材料与新风机耦合以搭建相变新风机,探究了18、20、22℃的冷水工况下相变新风机的蓄冷性能,发现夜间高温冷源能够满足蓄冷要求,利用相变储热的方式转移用电高峰;此外,相变蓄冷模块能够将28℃的新风温度降低2.4～3℃;基于峰谷电价政策,该装置充分利用电价差可节约54.8%的电力成本。     

复合相变材料/空冷复合式锂离子电池模块散热性能

锂离子电池放电过程中产生的热量无法及时消散会导致电池性能下降,设计合理的电池组散热结构是提升电池性能的关键一环。提出一种复合相变材料（CPCM）与空冷结合的电池组散热结构。利用伪二维电化学模型与三维散热模型相结合,将电池产热过程、电池与外界传热过程进行解析,探究了相变材料（PCM）厚度、CPCM中膨胀石墨（EG）的含量、空冷孔道数量及空冷气体流通方向对电池组散热性能的影响。结果表明,CPCM/空冷复合式散热结构的散热性能明显优于只用CPCM的电池组,且当PCM厚度等于电池半径、EG质量分数为20%时,电池组散热性能最佳。此外,双向通风管道设计可以更有效地降低电池温度。所得结论可为锂离子电池组的散热设计提供理论指导。     

癸酸-月桂酸二元复合相变材料的相变特性研究

采用“冷却曲线法”测试癸酸-月桂酸二元体系的凝固点,验证了施罗德公式用于储热配方设计的可行性。配制相变温度在25—30℃之间的、可以应用于建筑节能领域的复合相变材料,并对其相变温度和相变潜热进行差示扫描量热计（DSC）分析。     

粉煤灰基相变储能材料的制备及性能

粉煤灰（FA）是燃煤电厂排出的固体废弃物，具有较大的比表面积和较好的吸附活性，利用粉煤灰作为载体吸附相变材料（PCM）可以有效解决相变过程的泄漏问题。本文以正癸酸（CA）和十八醇（OD）为二元相变材料、FA为载体，采用真空吸附法制备了一种正癸酸-十八醇/粉煤灰（CA-OD/FA）定形相变材料（SSPCM），通过单因素和扩散-渗出圈实验分析了制备SSPCM的影响因素，包括PCM质量分数、吸附温度、吸附真空度和吸附时长。通过SEM、FTIR、XRD、DSC和TG等测试了SSPCM的结构及热性能，SEM的微观结构显示PCM均匀填充在FA的表面及孔隙内；FTIR和XRD测试结果表明三种材料之间并未发生化学反应且没有新物质产生；DSC测试表明SSPCM的相变温度和相变潜热分别为27.44℃和37.18J/g，有利于调节室内环境温度，可作为建筑储能材料使用；TG结果表明SSPCM在117.45℃以下不分解，具有良好的热稳定性；经500次的吸放热循环后，SSPCM仍具有良好的热可靠性和化学稳定性，因此该复合材料适用于建筑节能和热回收领域。     

用于冷链的低温相变材料的研究进展

相变材料（PCM）具有较高的储能密度，有利于能源的储存和高效利用。对于低温相变材料，其应用从相变温度为0℃至室温的空调和建筑等领域到零下的工业制冷和食品、药物等的运输储藏，非常广泛。本文从水溶液相变材料体系和非水相变材料体系两方面对冷链用相变材料进行了系统介绍，并从过冷、长期稳定性和导热等角度综述了近年关于冷链用相变材料的研究。指出对于水溶液相变材料体系存在的严重过冷及盐-水体系较强的金属腐蚀性，可通过使用合适的成核剂、改善相变材料对成核剂的浸润性、避免纳米粒子团聚及用不锈钢或聚合物材料封装等方法改善；对于非水相变材料体系，可通过引入高导热的纳米粒子和支撑材料，微胶囊化PCM等方法来解决有机物热导率较低的问题。关于纳米粒子的聚沉以及引入支撑材料和微胶囊化PCM导致的大量潜热损失问题，指出改善纳米粒子和支撑材料与PCM的亲和性是值得尝试的方向。     

新型0℃相变蓄冷材料制备及蓄冷特性

针对冷链物流应用场合,提出并制备了相变温度在0℃左右、潜热较高、过冷度较小的以质量分数5%的山梨醇水溶液为基液的相变蓄冷材料,并通过采用纳米材料对其热物性进行了优化研究,设计制作了一种可直接充冷式蓄冷保温箱,以苹果作为保温对象进行了山梨醇蓄冷保温箱的保冷性能实验。结果显示,采用纳米材料（TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃）可以有效降低蓄冷剂溶液的过冷度并增强其热导率;当TiO₂质量分数为0.50%时,可使质量分数5%山梨醇水溶液过冷度降低至1.4℃;当TiO₂质量分数为0.40%时,5%山梨醇水溶液热导率达到最大值,为0.612W/（m·K）;山梨醇水溶液本身并无相分离现象,但因纳米材料沉淀问题需加一定量的增稠剂,最终经优化所得蓄冷材料的配比为5%山梨醇水溶液+0.40%TiO₂+1.0%聚丙烯酸钠（PAAS）,其相变温度为-2.9℃,潜热焓为293.8kJ/kg,热导率为0.62W/(m·K)。本文提出的蓄冷剂溶液可以使苹果在-1～7℃区间保温20h以上,可满足冷链物流“最后一公里”甚至更长距离冷藏运输的时间要求。     

硫酸钠水合盐相变蓄冷材料的制备及性能优化

针对空调系统应用场合,提出一种以十水硫酸钠（sodium sulfate decahydrate,SSD）为主材的相变蓄冷材料新型制备配方,并对材料的各方面性能加以优化。首先采用步冷曲线法确定成核剂比例,消除材料过冷现象,在此基础上研究分析了不同种类、含量的增稠剂[聚丙烯酸钠（PAAS）、聚丙烯酰胺（PAM）、羧甲基纤维素（CMC）、聚阴离子纤维素（PAC）、黄原胶（XG）]对材料相分离及相变潜热的影响,接着加入熔点控制剂氯化铵、氯化钾改变十水硫酸钠的相变温度,调配出满足空调温区的相变材料,最后加入膨胀石墨（expanded graphite,EG）进一步改善材料的导热性和稳定性,并进行了热循环测试。结果表明：添加质量分数3%的硼砂对降低材料过冷度效果最佳;添加质量分数1.0%~2.0%的PAAS可以消除材料的相分离现象,且对材料的相变潜热影响较小。SSD-BPA∶EG质量比为93∶7时材料具有较高的导热性和形状稳定性。经优化后复合相变蓄冷材料的相变温度为7.4℃,相变潜热为117.4J/g,热导率为1.876W/(m·K),经200次循环后材料的相变温度保持稳定,潜热衰减率为14.05%。     

滞后低温相变储能微胶囊的制备和性能研究

本文采用三聚氰胺-尿素-甲醛树脂(MUF)为壳层,PCM为芯材,制备了一种新型的有机低温微胶囊化相变材料(MPCMs),并利用红外光谱、光学显微镜和粒度仪对微胶囊进行表征,同时采用差示扫描量热仪(DSC)和热失重仪(TGA)分别研究了相变材料(PCM)和PCM微胶囊的相变特性和热稳定性。结果表明:制备的PCM微胶囊大小均一、平均粒径为1μm左右、光滑的球形颗粒。随着芯壳比的增加,微胶囊的相变潜热逐渐增大,结晶温度逐渐降低,微胶囊化PCM的熔点与纯PCM的结晶温度最大差值达85.8℃,微胶囊化PCM呈现出优异的相变滞后性能和良好的热稳定性。     

相变蓄冷材料及系统应用研究进展

相变蓄冷技术利用相变材料在相变时伴随着的吸热或放热过程对能量进行储存和应用，起到控制温度、降低能耗和转移用能负荷的作用。本文综述了相变温度在25℃以下的相变蓄冷材料及其在不同应用场景的筛选依据，介绍了相变蓄冷材料在食品医疗冷链物流、建筑节能控温与数据中心应急冷却、人体热管理和医疗保健的相变纺织品等领域的应用。从调节相变蓄冷材料相变温度、过冷度、热导率和循环稳定性等方面总结了材料热物性的调控策略，分析了不同调控策略存在的优缺点，指出相变蓄冷系统可通过增强蓄冷系统热导率和强化传热结构来改善普通材料传热性能差的问题。最后从复合相变材料制备到系统设计优化和应用场景拓展等方面对相变蓄冷技术研究方向进行了展望。     

温室用Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O复合定形相变材料制备及性能

十水硫酸钠因过冷度、相分离、相变温度过高和液相泄漏等问题,限制了其在日光温室中的应用,所以需要对其进行改性研究。本文通过添加十二水磷酸氢二钠改善过冷度、氯化钾降低相变温度以及树脂作基体解决相分离和液相泄漏,制备出了Na₂SO₄·10H₂O+80% Na₂HPO₄·12H₂O+6% KCl+6%树脂（质量分数,余同）的复合定形相变材料,并进行了升降温、差示扫描量热仪（DSC）和循环稳定性的测试。结果表明：添加80%十二水磷酸氢二钠,其过冷度和相变潜热分别为1.35℃和268.7J/g;再添加6% KCl可以使相变温度达到温室所需温度23.89℃,且潜热为183.25J/g;最后加入6%树脂可以抑制相变材料的相分离和液相泄漏等问题,其凝固温度为11.56℃,熔化温度为22.61℃,过冷度为1.41℃,相变潜热为143.6J/g。复合定形相变材料在加热到50℃时,没有液相泄漏产生;经过100次循环,其潜热降为127.8J/g,比循环1次衰减了11.2%。得到的复合定形相变材料具有潜热值较大、相变温度合适、热稳定性较好等优点,适合应用于日光温室领域。     

PEG/PET固固相转变材料化学合成工艺的优化研究

采用化学合成工艺,以甲苯二异氰酸酯（ TDI）为交联剂,二月桂酸二丁基锡为催化剂,成功制备了具有优良相变特性及较高产率的聚乙二醇（PEG）/聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）固-固相转变材料（PCM）。 FT-IR分析表明,PET与PEG确实以TDI为交联剂,发生化学反应并生成了氨基甲酸酯基团键;升温及降温DSC测试表明所合成的PCM确实为固-固相转变。并通过对合成反应温度、反应时间、反应物配比对材料相变特性及产率影响的系统研究,发现该交联体系下PEG与PET的最佳合成温度为160℃,反应时间为2h;且当PEG与PET摩尔比为1∶1时,PCM的产率最高,达到94.4%,相变焓为44.2J/g,此时材料的利用率最高。     

聚双甲基丙烯酸聚乙二醇酯固-固相变储能材料的制备

制备了以聚甲基丙烯酸为骨架、聚乙二醇(PEG)为工作物质的新型高分子固-固相变储能材料。对PEG和几种不同的相变材料分别进行DSC测试,对PEG分子量为4000的相变材料进行非等温DSC测试。结果表明,与纯PEG相比,相变材料的相转变温度降低12.3℃,相变焓降低45 J/g。随着聚乙二醇分子量由2000依次增加为4000,6000,10000,相变材料的相转变温度分别为44.8,52.9,63.8和74.3℃,相变焓分别为142.9,203.2,190.1,231.4 J/g,均有增加的趋势。随着升温速率增加,PEG分子量为4000的PCM的相变温度依次升高,分别为47.4,50.0和53.1℃。     

月桂酸/活性炭复合相变储能材料的试验研究

通过熔融物理吸附法将月桂酸、活性炭复合制备得到复合相变储能材料。测试分析表明,复合相变材料的相变温度范围在44.61℃~46.51℃之间,并且有一个较大的吸热峰,可实现相变吸放热,热稳定性好,相变物质热性能基本不受影响。微相结构显示活性炭能有效吸入大量的月桂酸,具有较好的物理吸附结合能力。综合分析表明,该复合相变储能材料在储热、保温方面具有较好的应用参考价值。     

十水硫酸钠相变蓄冷材料的制备及性能研究

针对果蔬保鲜冷链运输对温度的要求,制备出一种具有适宜相变温度和潜热值的十水硫酸钠相变蓄冷材料。本研究考察了成核剂硼砂的含量对材料过冷度的影响,分析了增稠剂聚丙烯酸钠的含量对材料相分离问题的改善效果,探究了氯化铵和氯化钾的配比对材料蓄冷温度的调节效果,并进行了冷热循环测试。结果表明,十水硫酸钠水合盐体系的最优配比为：4%硼砂+0.75%聚丙烯酸钠+15%氯化铵+5%氯化钾,此时相变体系基本无过冷和相分离,相变温度为11.42℃,相变焓为97.99J/g,经过30次冷热循环后相变温度和焓值基本没有发生变化。