相变材料在建筑节能工程中的应用分析

相变材料在建筑节能工程中的应用分析

邓忠和

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摘要：随着城市化的迅速发展和生活条件的改善，近年来建筑物的能源消耗增长更快，约占社会能源消耗总量的30%至40 %。研究、开发和应用节能建筑材料至关重要。相储能材料具有特殊的潜热特性，可吸收或释放转化阶段的大量热量，从而在一定程度上存储和利用建筑系统的能量，解决建筑系统随时间推移的能源供需不匹配问题。本文主要分析相变材料在建筑节能工程中的应用。

关键词：相变材料;建筑节能;储热

引言

今天，全球能源危机正在加剧，人们所依赖的石油、煤矿和天然气等不可再生能源严重短缺。除了寻找风能、太阳能和潮汐能等可再生能源外，节能也是解决能源危机的重要手段。节能的特点是采用可靠、经济上合理和社会上可接受的应用技术，主要目标是更好地利用不可再生能源。建筑是人类社会的重要组成部分，为了满足对舒适的高需求，人们使用空调和地面供暖等装置来调节环境温度，增加建筑的能耗。建筑物消耗了很大一部分社会能源，在中国消耗了30%以上的能源。问题是如何在减少能源消耗和创造舒适的室内环境之间取得适当的平衡。在这方面，有关研究人员已开始研究加工材料，应用这些材料不仅可以减少建筑物的能源消耗，从而实现节能和减少排放，而且还可以为改善室内舒适度作出重大贡献，因此非常重要。

1、相变材料的类别

改性材料可以根据不同的标准分类，例如相的形状、相的温度、改性材料的化学成分等。首先，视相过程前后的形状而定，可分为固相材料和固相材料-液相材料等。由于应用场景的局限性，固相材料和固相材料最广泛地用于实际生产；二、视相变温度场而定，分为低温、中温、高温相变材料，中温相变材料可应用于比较广阔的领域；最后，由于无机和有机材料中有可用的相材料，因此有机相材料和有机相材料可以通过化学成分加以区分。无机转化材料主要是晶体水合盐和一些金属合金等交叉转化具有较高的潜热，但应用方案有限。有机转化材料主要包括高聚物、酸和高碱、石蜡、戊四烯等。这些材料具有性能稳定性和低腐蚀性等特性。但是，易燃性、导热性低和价格高的缺点也限制了其应用范围。

2、建筑用相变材料的特性

早在1980年，PCM已被用于建筑物的热储存，biswas和Lane对这些材料的加热和冷却用途进行了初步研究。1990年代，用于建筑材料加工的PCM技术开始发展。1999年，在国外研究了新的固体-液体转化材料，以便用于墙板或混凝土，从而能够调节室内温度。国内加工材料的研究起步较晚，1990年代初，中国科学院广州化学研究所、中国科技大学、清华大学、中国中部理工大学、北京航空航天大学和重庆大学等许多大学和研究单位开展了总的来说，中国相储能材料的理论和应用研究与发达国家相比仍然比较薄弱，但近年来中国相转化材料研究的速度和内容有所增加，中国材料科学研究所开发的有机无机复合材料也有所增加为开发建筑围护结构中使用的相建筑材料，选择合适的相材料至关重要，该相材料应具有以下特性:①熔化较高的潜热，以便在改造阶段储存或释放更多热量；②相变过程是可逆的，膨胀收缩率低，冷暖现象低；③存在合适的相变温度，可以满足要控制的具体温度；④导热系数大，密度大，耐热性大；⑤改性材料无毒性、无腐蚀性、成本低且易于获取。

3、建筑节能工程中相变材料的实际应用

伴随人们生活质量的逐渐提升，人们对室内环境舒适感的要求日益提高。在节能减排与低碳经济成为世界发展主要方向的背景下，为将社会能耗中建筑能耗进一步降低，并缩减供暖或空调系统的运行维护费用，选择使用新式的建筑节能材料极为关键。

3.1围护结构中相变材料的实际应用

相变材料融入建筑墙板中能够起到保证室内温度稳定性的重要作用，进而将体感舒适度整体提升，将建筑能耗整体降低进而充分发挥建筑节能工程优势，这也是当下针对具有相变潜热较高、热密度较大以及性能稳定特点的相变储能材料予以深入研究的主要原因。从实验结果来看，室内若供暖或制冷系统停止运行，在一段时间内依旧能够保证将室温控制在适宜温度。其他国家同样对相变储能材料进行了深入研究与试验，奠定了相变储能材料大规模应用在建筑节能工程中的坚实基础。

3.2建筑节能工程中相变储能材料其他方向的应用

从当下国内外的储热建筑材料研究情况来看，其重点多为有机相变储能材料。有专家基于能量微球法将相变材料与交联聚乙烯相结合，所形成的相变储能材料微球可与石膏板进行结合，从而使得所制作出的石膏板具有一定的储热能力；肖春香等专家则是将液相插层与超声振动等技术综合应用，制作出了膨润土复合相变储能材料。从其实际应用情况来看，相较普通石膏板在保温隔热方面表现出的性能相对较高，且具有应用稳定性，能够将室内的温度波动情况予以减缓，进而将能耗整体降低；融合相变储能材料的石膏板试验房间，就含量不同的相变材料墙体结构热力学行为进行了深入研究，发现每年能够节约的热消耗量达到了15%；制作出的复合定形相变复合材料使用了机械搅拌替代了传统的蜜炼法，对材料进行热力学性能研究分析后，从实际结果中发现新的制备方法不仅工艺流程相对较为简单，且具有有效降低制作成本的优势。

3.3相变水泥砂浆

相水泥砂浆在支架吸附封装相材料后与水泥砂浆混合配制。准备过程完成后，需要对建筑表面应用涂层，以起到恒温器的作用。混合搅拌工艺可将低共熔/改性硅酸盐/桂花的定形改性材料与水泥砂浆混合，建立新型相控温砂浆，研究相变砂浆的热力学，模拟蓄热加热性能研究结果表明，变相砂浆的热工性能良好，温升降率低于普通砂浆，仿真结果表明，砂浆夏季能显着降低建筑温度，温度调节性能良好。利用延髓岩石吸附石蜡的性能，得到延髓石蜡的转化蓄热材料，直接与普通水泥砂浆混合，得到相变储能砂浆，并对其热物理性能进行了研究。

3.4混凝土

由于混凝土传导热量差，混凝土内部温度在混凝土受潮期间上升得太快，内部和外部温度的较大差异很容易导致混凝土裂缝，从而对施工质量产生一定影响，因此有必要控制混凝土的温度此外，混凝土是一种重要的建筑材料，对整个建筑的能效至关重要，通过某些技术手段在混凝土中添加适当数量的可变能量存储材料，可以大大提高墙等维修结构的冷却性能。在混凝土中加入石蜡、制备加工材料的混凝土和比较加工混凝土的性能参数表明，添加石蜡降低了混凝土内部的温度变化速度，从而从根本上防止了混凝土热应力的破裂。

3.5建筑能源设备系统

建筑能源系统是建筑能源系统的一个重要组成部分，由于供暖和制冷系统等建筑能源设备的能源利用率低，增加了整个建筑能源系统的能源消耗。建筑设备系统的节能是建筑节能动态方法的一个重要指标。为了提高建筑能源设备系统的能源利用率，加工材料广泛应用于建筑设备，主要应用于空调、供暖和热泵。加工材料制冷系统，一种新的基于加工材料的能源储存系统，充分考虑到设备的实际需要和低成本。在新的储能系统中放置了大量的相控微胶囊，当系统冷却时，移动制冷剂吸收了相控微胶囊中储存的热量并蒸发掉，从而在一定程度上提高了整个系统的能效比率。混合使用变质材料和太阳能空调可以有效地缓解间歇性太阳能空调运行问题。

结束语

综上所述，相变材料在建筑节能工程中的应用仍需进行持续研究，从多个角度对相变储能材料制备方法、应用特性等展开实验分析，从而充分发挥出建筑节能工程中相变材料的应用优势，为我国建筑行业的未来可持续性发展奠定坚实基础。

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