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相变储能建筑材料的应用技术与展望

相变储能建筑材料的应用技术与展望



  随着社会发展以及人们生活水平的提高,越来越重视建筑室内环境舒适程度,但是,现阶段,能源利用效率还不是很高,存在一定浪费问题。怎样更加合理的存储和利用能源,成为未来发展的重点。相变储能建筑材料属于新型建筑材料,具有一定的应用前景。在建筑节能中应用相变储能材料,能够达到降耗节能的目的。

  1 相变储能材料基本内涵

  1. 1 相变储能建筑材料

  相变储能材料实际上是温度在一定范围内,利用建筑材料自身的结构或者相态变化,来激发潜热性能,在改变环境温度的时候,从外部环境中释放和存储热量,从而达到保温作用热功能复合材料,简称为PCM.通过这种材料的相变潜热性能来达到利用和存储能量的目的,对于研究和发现节能环保材料具有很大作用,是近几年和未来能源发展和利用方面的主要方向。

  1. 2 相变储能建筑材料特点

  依据存储能量的特点可以分为两种,储热材料和储冷材料。依据存储能量的方式可以分为三类: 化学反应储能、显热储能、潜热储能。

  化学反应储能由于技术比较复杂,因此不是十分适用。显热储能由于具有不停变化的自身温度,因此,不能合理控制温度,没有很大的实际运用价值。但是,潜热储能不仅设计灵活、装置简单、使用方便以及体积比较小,还具有比较高的储能密度,能够充分降低对于建筑的需求,以便于能够非常灵活的运用。所以,在上述储能材料中,潜热储能拥有很大的发展空间和前景,同时也是最重要和应用最广泛的材料。

  2 相变储能建筑材料的应用技术

  2. 1 相变蓄能围护结构材料制作方法

  在建筑施工中应用相变材料,制作成相变储能维护结构主要包括三种方法: 第一,浸泡法。也就是说利用浸泡的方式在建筑基体中融入相变材料,例如,混凝土试块、石膏墙板等,主要特点就是工艺比较简单,方便于把传统材料变为相变材料。第二,直接混合方式。也就是直接混合建筑材料和相变材料,例如,在半流动性硅石细粉中加入相变材料,然后直接混入到建筑材料中,主要特点就是性质均匀,工艺简单,比较容易形成各种大小和形状的结构,以便于符合各种需求。第三,掺加能量微球法。也就是说利用纳米复合技术或者微胶囊技术来把相变材料变为能量微球,然后在建筑集体中加入能量微球,从而得到相变储能材料。

  (1) 建筑保温隔热材料中的应用相变储能材料。依据相变材料的原理,可以把相变材料加入到保温隔热材料中,以此形成节能高效的建筑隔热保温材料。在 1996 年的时候,德国莱比锡材料研究中心的人员在微胶囊中应用相变材料,然后形成微囊型相变材料。在充分分析耐久性,有弹性、下轻质纤维膜材料以及防震性能以后,需要在纤维膜材料中加入微胶囊相变材料,从而可以得到隔热保温建筑材料。经过分析和研究以后可以发现,把 40g 微胶囊相变材料加入到每平米膜材料以后,综合保温性能可以适当的增加四倍左右; 在每平米加入 90g 以后,能够增加大约八倍的综合保温性能,所以,研究提出,在增加膜材料储热能力的时候,使用微胶囊相变材料,可以在一定程度上增加保温性能,从而起到降低损耗、改变室内建筑环境的目的。美国俄亥俄州戴顿大学在 1999 年的时候,成功研制出固液共晶相变材料应用到建筑保温中,温度在 23. 3℃左右。现阶段,我国武汉理工大学把少量相变材料运用到隔热保温材料中,以此来形成隔热保温围护材料,运用到节能建筑外围结构上,这种相变材料的运用不仅可以改变材料热稳定性,增加储热能力以及增加热惰性,还不会在一定程度上影响和改变粘结能力、强度以及耐久性。节能建筑中的高效节能材料对于隔热性能和保温性能具有一定要求,想要保障具有一定的储热能力和保温性能的主要关键就是在研究中不断找到双重作用的经济、稳定以及可行的平衡点,以此形成的建筑围护结构能够充分符合实际需求。

  (2) 相变储能混凝土的应用。在大体积混凝土中运用相变材料,能够得到可以使用在大体积水工混凝土中的相变储能混凝土。这种材料主要使用的就是等温相变过程、储能密度大的相变材料,基本基体为混凝土,加入相变材料的智能混凝土,研究能够合理调节温度功能的混凝土。在建筑节能中使用这种相变混凝土材料,相比较普通混凝土来说,具有不可比拟的热容。相变材料应用到水泥混凝土中,能够在碱性环境中保持稳定,不会在一定程度上影响耐久性,以此作为外墙体材料,不仅无需在混凝土内部使用相应的冷却水管来降低温度,还可以很大程度迅速降低混凝土内部温度,对于室内稳定温度具有很大作用,可以适当的简化工艺和改变热舒适度,以便于能够降低造价。

  3 未来相变储能材料发展方向

  在以后发展的过程中,相变储能材料还处于研究和发展阶段,今后主要方向发展主要有: 第一,进一步选择一些更具有环保价值的材料,例如能够再生的衍生物和脂肪酸,发展钢架可以适应相变焓、相变温度以及在能够长期过程中具有稳定化学性质的材料,不断改变导热性。

  第二,发展强化换热方法,不断更改换热器结构,把不同相变温度的材料布置在热流导体流动方向。第三,分析相变材料的封装材料和工艺,增加相变储能材料的防火性、导热性以及机械性能。可以适当的结合导热系数比较高的复合材料,具有越高相变频率,效果就越好。第四,分析实用性工程,模拟不同情况下墙体实际参数,计算出相应的墙体储热效率,从而确保能够得出不同墙体动态特性找到经济合理的材料和温度,有效降低成本,逐渐实现工业化。

  4 结束语

  总而言之,随着城市化进程的加快以及全球经济一体化的发展,人们对环境提出了更高的要求,不仅需要物质文化,还需要精神文化,保证具有一定舒适度。在建筑中最关键的就是技能技术,相变储能材料应用到建筑节能中,能够起到很好的节能降耗作用,促进社会的发展和进步。

  参考文献:
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