脂酸類(lèi)相變材料相變墻板熱特性分析

脂肪酸類(lèi)相變儲(chǔ)能建筑材料的研究及應(yīng)用

用于墻體和地板的相變材料性能 作者：閆全英，王立娟，于丹，王小，金麗麗，yanquanying，wanglijuan，yudan，wangxiao， jinlili 作者單位：北京建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院,北京100044;北京建筑大學(xué)北京市供熱供燃?xì)馔L(fēng)及空調(diào)重點(diǎn)試驗(yàn)室 ,北京100044 刊名： 建筑材料學(xué)報(bào) 英文刊名：journalofbuildingmaterials 年，卷(期)：2015,18(2) 參考文獻(xiàn)(8條) 1.alkanc;sariafattyacid/poly(methylmethacrylate)(pmma)blendsasform-stablephasechangematerialsfor latentheatthermalenergystorage2008(2) 2.

采用有限容積法對(duì)選用相變材料時(shí)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值研究。利用"焓法模型"進(jìn)行求解,得出如下結(jié)論:隨著相變層的增厚,相變層內(nèi)側(cè)溫度變化越小,穩(wěn)定時(shí)間在增加;隨著相變溫度的升高,相變層內(nèi)側(cè)溫度變化比較大,穩(wěn)定時(shí)間在縮短,相變溫度主要影響相變層的穩(wěn)定時(shí)間;隨著相變潛熱量的增加,相變層內(nèi)側(cè)溫度變化較小,穩(wěn)定時(shí)間增長(zhǎng)。由此可見(jiàn),不同相變材料的潛熱量對(duì)傳熱的穩(wěn)定時(shí)間有直接影響;當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)較小時(shí),固體層內(nèi)側(cè)溫度變化較小,穩(wěn)定時(shí)間比較長(zhǎng);當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)較大時(shí),全天都可以較快地進(jìn)行熱傳遞,從而導(dǎo)致溫度變化比較大;相變半徑的影響可以不予考慮。

通過(guò)數(shù)值模擬研究了正弦溫度波作用下建筑內(nèi)墻定型相變材料板的熱特性并與傳統(tǒng)的墻體材料——磚和泡沫混凝土板相比較。利用焓法建立的一維瞬態(tài)模型采用全隱差分格式迭代求解。計(jì)算結(jié)果表明,與磚和泡沫混凝土板相比,定型相變材料板表面溫度變化不僅波幅有較大的衰減,時(shí)間延遲也較明顯;相變溫度是影響波幅衰減程度的重要因素;對(duì)于一定的溫度波,相變材料潛熱、導(dǎo)熱系數(shù)和表面換熱系數(shù)均存在極限值,超過(guò)此值,相變材料板表面溫度受室內(nèi)溫度波動(dòng)的影響很弱;相變材料板厚度對(duì)表面溫度波動(dòng)幾乎無(wú)影響;相變溫度區(qū)間的擴(kuò)大使表面溫度有輕微的波動(dòng)。所得結(jié)果為太陽(yáng)能建筑及相關(guān)領(lǐng)域中相變材料的選擇與應(yīng)用提供參考。

通過(guò)試驗(yàn)研究,篩選了月桂酸與月桂醇二元低共熔體作為相變材料,選擇膨脹珍珠巖作為載體,利用真空吸附法制備了相變骨料,通過(guò)分析研究發(fā)現(xiàn)相變材料與膨脹珍珠巖具有很好的相容性,其相變溫度與相變潛熱較吸入之前都有所增大。

相變蓄熱材料是相變物質(zhì)與普通建筑材料復(fù)合而成的一種新型儲(chǔ)能建筑材料。本文針對(duì)相變材料的篩選、相變材料的制備技術(shù)的發(fā)展以及相變儲(chǔ)能保溫機(jī)理進(jìn)行了闡述。并分析了相變蓄能板材結(jié)構(gòu)材料的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用前景。

相變材料(phasechangematerials,簡(jiǎn)稱(chēng)pcm)是指隨溫度變化而改變形態(tài)并能提供潛熱的物質(zhì).相變材料具有在一定溫度范圍內(nèi)改變其物理狀態(tài)的能力.正是在相變過(guò)程中的吸熱放熱現(xiàn)象,使得相變材料應(yīng)用于建筑,可以提高建筑物熱容量,充分利用太陽(yáng)能和夜間低價(jià)電能從而提高建筑節(jié)能及室內(nèi)舒適度,從而成為近年來(lái)材料科學(xué)和節(jié)能技術(shù)中的一個(gè)前沿研究方向.

儲(chǔ)能系統(tǒng)中由于部分相變材料存在熱導(dǎo)率低的問(wèn)題,使系統(tǒng)的傳熱性能變差,儲(chǔ)能和釋能時(shí)間增加,進(jìn)而降低了系統(tǒng)的整體效能。研究者們針對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究并取得了一些有價(jià)值的研究成果。文章對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在提高相變材料熱導(dǎo)率方面的研究進(jìn)行了綜合分析,介紹了四種主要的強(qiáng)化方法,分別是加入金屬顆粒、碳纖維、膨脹石墨和納米粒子,并探討了今后提高相變材料熱導(dǎo)率工作的研究重點(diǎn),提出碳纖維和納米粒子兩種物質(zhì)強(qiáng)化傳熱的性能優(yōu)越,加強(qiáng)這兩方面的研究具有重要的應(yīng)用意義。

以癸酸（ca）和月桂酸（la）在超聲波作用下混溶制備的二元有機(jī)脂肪酸為相變材料,多孔硅藻土材料為載體,利用多孔硅藻土的吸附特性,使用熔融法制備相變材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同（35%、40%、45%、50%、55%）的多孔載體相變材料,分別采用步冷曲線(xiàn)法和等溫吸放濕法對(duì)多孔載體相變材料的控溫性及吸放濕性進(jìn)行測(cè)試,并對(duì)熱濕綜合性能進(jìn)行評(píng)價(jià).同時(shí)利用壓汞法（mip）、差示掃描量熱法（dsc）、掃描電鏡（sem）、紅外光譜（ft-ir）、熱重（tg）等手段對(duì)多孔載體相變材料的孔結(jié)構(gòu)、相變溫度、相變潛熱、形貌、組成和熱穩(wěn)定性進(jìn)行分析.結(jié)果表明,硅藻土孔隙發(fā)達(dá),對(duì)ca-la的物理吸附質(zhì)量達(dá)到45%時(shí),多孔載體相變材料的相變溫度在17.92～22.20℃,相變潛熱在30.88～32.97j/g;在溫度為140℃以下具有良好的熱穩(wěn)定性,該復(fù)合材料具有滿(mǎn)足建筑室內(nèi)對(duì)相變材料熱性能要求,而且具有良好的濕效應(yīng).

在能源緊張的當(dāng)今時(shí)代；能耗巨頭領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)節(jié)能一直是人們廣泛關(guān)注的問(wèn)題；也是節(jié)能領(lǐng)域的研究重點(diǎn)；建筑行業(yè)在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天；能耗相對(duì)較高；而變相材料的使用無(wú)疑為建筑節(jié)能的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了更多可能；為進(jìn)一步推進(jìn)變相材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用；提高建筑能源利用率；筆者詳細(xì)梳理了變相材料的性能及其在建筑節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用；厘清了相變材料對(duì)于建筑能耗降低的的重要作用；以供相關(guān)從業(yè)人員參考；

相變材料具有儲(chǔ)能密度高、溫度波動(dòng)小的特點(diǎn),在綠色建筑的暖通空調(diào)、新能源利用以及換熱器等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景.文章研究了相變材料的熱工性能,并分析相變材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用.制備了以水和聚乙二醇400為基液的相變微乳液與相變微膠囊懸浮液,測(cè)定了其導(dǎo)熱系數(shù)、靜置后濁度等參數(shù),從而研究改良基液對(duì)相變微膠囊懸浮液與相變?nèi)闋钜簾峁ば阅艿挠绊?實(shí)驗(yàn)表明水和聚乙二醇400基液分別降低了濃度15％、30％、40％的相變微膠囊懸浮液靜置后濁度26.5％、23.0％、2.5％,提高了懸浮液穩(wěn)定性并保持較高的導(dǎo)熱系數(shù),更加適用于綠色建箋.

相變材料蓄冷的經(jīng)濟(jì)性分析——文章針對(duì)氨基乙醇一水二元混合物在蓄冷空調(diào)中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了研究，并與冰蓄冷系統(tǒng)和常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了比較；分析結(jié)果表明：相變材料蓄冷空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用最低，但初投資較高；如果相變蓄冷材料因批量生產(chǎn)而降低成本，則相變材...

相變材料在相變期間會(huì)吸收或釋放熱量，通過(guò)其相變潛熱進(jìn)行能量?jī)?chǔ)蓄，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的效果。將相變材料應(yīng)用

相變材料,是一種節(jié)能材料,在實(shí)際應(yīng)用期間,具有一定優(yōu)勢(shì),有利于應(yīng)用在建筑節(jié)能中,減少各類(lèi)原材料的應(yīng)用,降低建筑施工成本.箱變材料可以?xún)?chǔ)存各類(lèi)能量,并對(duì)各類(lèi)能源再利用,因此,建筑節(jié)能施工中應(yīng)用相變材料,具有重要意義.

介紹了目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于石蠟類(lèi)相變材料作為建筑材料的一些研究成果,總結(jié)了石蠟類(lèi)建材的選型以及封裝技術(shù)。石蠟類(lèi)相變蓄熱材料因其具有相變潛熱高、相變溫度可根據(jù)組成進(jìn)行調(diào)節(jié)、幾乎沒(méi)有過(guò)冷現(xiàn)象、熔化時(shí)蒸汽壓力低、不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)且化學(xué)穩(wěn)定性較好—在多次吸放熱后相變溫度和相變潛熱變化很小、自成核、沒(méi)有相分離和腐蝕性等優(yōu)點(diǎn),較之其它蓄熱建筑材料,性能更加優(yōu)良且價(jià)格更低。研究表明,制作建筑板材應(yīng)選擇碳原子數(shù)較少相變溫度較低的直鏈烷烴相變材料,采用微粒封裝技術(shù)如制作微膠囊等。還舉出多個(gè)國(guó)內(nèi)外的例子,說(shuō)明了石蠟類(lèi)相變材料的應(yīng)用情況。

利用理論公式分析癸酸-月桂酸混合物相變溫度隨配比的變化情況,初選四種配方并通過(guò)dsc實(shí)驗(yàn)分析混合物的相變溫度和相變焓。結(jié)果表明:可通過(guò)利用施羅德公式計(jì)算癸酸-月桂酸混合物的相變溫度,進(jìn)而試配適應(yīng)溫度需求的癸酸-月桂酸混合物;隨著癸酸比例的增加,癸酸-月桂酸混合物的相變溫度和相變潛熱都相應(yīng)地減小;癸酸比例為40%~60%的癸酸-月桂酸混合物的體積膨脹率在7.5%左右,相變溫度在20~30℃之間,在室內(nèi)舒適溫度范圍內(nèi),且相變潛熱較高,可用作建筑節(jié)能復(fù)合相變儲(chǔ)能材料。

將膨脹石墨加入到月桂酸中,用熔融共混法制備了月桂酸復(fù)合相變材料,采用掃描電鏡、差示掃描量熱儀、綜合熱分析儀、傅里葉紅外光譜儀等對(duì)復(fù)合相變材料的微觀(guān)結(jié)構(gòu)、相變性能、穩(wěn)定性等性能進(jìn)行了表征分析。測(cè)試結(jié)果表明,月桂酸復(fù)合相變材料結(jié)構(gòu)上是硬脂酸與膨脹石墨的物理結(jié)合,未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成其他物質(zhì),保持了兩者的優(yōu)良性能;隨著膨脹石墨含量的增加,復(fù)合相變材料熱穩(wěn)定性提高,導(dǎo)熱性能增強(qiáng),熱效率提高,同時(shí),相變溫度和相變潛熱降低。

采用高溫相變材料作為蓄冷介質(zhì)的蓄冷空調(diào)成為蓄冷系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)之一。針對(duì)一種新型相變材料灌注的蓄冷球,采用ansys軟件模擬相變材料在球內(nèi)的融化過(guò)程,得到了在不同工況下蓄冷球內(nèi)相界面隨時(shí)間的變化以及蓄冷球內(nèi)溫度場(chǎng)隨時(shí)間的分布特性,為進(jìn)一步優(yōu)化蓄冷系統(tǒng)提供了理論依據(jù)。

組合式相變材料換熱器儲(chǔ)熱速率的實(shí)驗(yàn)研究——文章介紹了組合式相變材料換熱器儲(chǔ)熱速率的實(shí)驗(yàn)研究。

試驗(yàn)通過(guò)比較重要的熱物性指標(biāo)(毛體積密度、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容),研究在瀝青混合料中加入相變材料(peg2000/sio_2)后相變?yōu)r青混合料與普通瀝青混合料之間熱物性的差異。結(jié)果表明:加入相變材料后提高了瀝青混合料比熱容,3%與5%相變材料摻量的相變?yōu)r青比熱峰值分別為1.3和1.15j/(g·k),而基質(zhì)瀝青混合料的比熱容隨溫度改變數(shù)值變化較為微小;3%、5%摻量的瀝青混合料在40℃時(shí)相變?yōu)r青混合料開(kāi)始相變,50℃左右導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到最小約為1.17和1.0w/(m·k),相變?yōu)r青混合料導(dǎo)熱系數(shù)圖呈凹曲線(xiàn),添加相變材料可以在其相變溫度段降低其導(dǎo)熱系數(shù),有效提高路面的高溫穩(wěn)定性。

本文建立了添加相變材料的熱水輻射供暖墻板的物理模型和數(shù)學(xué)模型,利用ansys軟件對(duì)相變墻板在不同影響因素下的傳熱過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬,并對(duì)熱水輻射供暖相變墻板進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)果顯示:室內(nèi)空氣溫度對(duì)熱水輻射供暖相變墻板散熱特性的影響最為明顯,但室內(nèi)空氣溫度過(guò)高對(duì)相變墻板間歇供暖不利;在墻板中加入相變材料,可增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱惰性,減小室溫和熱流的波動(dòng);熱水輻射供暖相變墻板中的管間距不宜取的過(guò)大。研究結(jié)果可為熱水輻射相變墻板供暖系統(tǒng)的優(yōu)化提供參考和依據(jù)。

基于焓法數(shù)值模型,利用fluent軟件模擬定形相變石膏板(pcp)在不同保溫位置及不同相變溫度時(shí)傳熱的熱流密度及內(nèi)表面溫度情況,分析適用于夏熱冬冷地區(qū)pcp的參數(shù)、不同相變溫度與放置位置對(duì)外墻的隔熱性能的影響。結(jié)果表明:相變材料最適宜的相變溫度為27℃,在此相變溫度下,同一時(shí)刻的內(nèi)、外側(cè)位置的內(nèi)表面最大溫差為0.9℃;相變溫度為27℃的墻體比普通墻體約節(jié)能27.6%,此時(shí)相變材料潛熱利用率為38.7%。