脂酸類相變材料相變墻板熱特性分析

脂肪酸類相變儲能建筑材料的研究及應用

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：北京建筑大學環(huán)境與能源工程學院,北京100044;北京建筑大學北京市供熱供燃氣通風及空調重點試驗室 ,北京100044 刊名： 建筑材料學報 英文刊名：journalofbuildingmaterials 年，卷(期)：2015,18(2) 參考文獻(8條) 1.alkanc;sariafattyacid/poly(methylmethacrylate)(pmma)blendsasform-stablephasechangematerialsfor latentheatthermalenergystorage2008(2) 2.

采用有限容積法對選用相變材料時建筑圍護結構的傳熱問題進行數(shù)值研究。利用"焓法模型"進行求解,得出如下結論:隨著相變層的增厚,相變層內側溫度變化越小,穩(wěn)定時間在增加;隨著相變溫度的升高,相變層內側溫度變化比較大,穩(wěn)定時間在縮短,相變溫度主要影響相變層的穩(wěn)定時間;隨著相變潛熱量的增加,相變層內側溫度變化較小,穩(wěn)定時間增長。由此可見,不同相變材料的潛熱量對傳熱的穩(wěn)定時間有直接影響;當導熱系數(shù)較小時,固體層內側溫度變化較小,穩(wěn)定時間比較長;當導熱系數(shù)較大時,全天都可以較快地進行熱傳遞,從而導致溫度變化比較大;相變半徑的影響可以不予考慮。

通過數(shù)值模擬研究了正弦溫度波作用下建筑內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。計算結果表明,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;對于一定的溫度波,相變材料潛熱、導熱系數(shù)和表面換熱系數(shù)均存在極限值,超過此值,相變材料板表面溫度受室內溫度波動的影響很弱;相變材料板厚度對表面溫度波動幾乎無影響;相變溫度區(qū)間的擴大使表面溫度有輕微的波動。所得結果為太陽能建筑及相關領域中相變材料的選擇與應用提供參考。

通過試驗研究,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與普通建筑材料復合而成的一種新型儲能建筑材料。本文針對相變材料的篩選、相變材料的制備技術的發(fā)展以及相變儲能保溫機理進行了闡述。并分析了相變蓄能板材結構材料的研究現(xiàn)狀和應用前景。

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

儲能系統(tǒng)中由于部分相變材料存在熱導率低的問題,使系統(tǒng)的傳熱性能變差,儲能和釋能時間增加,進而降低了系統(tǒng)的整體效能。研究者們針對這個問題進行了大量的研究并取得了一些有價值的研究成果。文章對近年來國內外在提高相變材料熱導率方面的研究進行了綜合分析,介紹了四種主要的強化方法,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率工作的研究重點,提出碳纖維和納米粒子兩種物質強化傳熱的性能優(yōu)越,加強這兩方面的研究具有重要的應用意義。

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量分數(shù)不同（35%、40%、45%、50%、55%）的多孔載體相變材料,分別采用步冷曲線法和等溫吸放濕法對多孔載體相變材料的控溫性及吸放濕性進行測試,并對熱濕綜合性能進行評價.同時利用壓汞法（mip）、差示掃描量熱法（dsc）、掃描電鏡（sem）、紅外光譜（ft-ir）、熱重（tg）等手段對多孔載體相變材料的孔結構、相變溫度、相變潛熱、形貌、組成和熱穩(wěn)定性進行分析.結果表明,硅藻土孔隙發(fā)達,對ca-la的物理吸附質量達到45%時,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,該復合材料具有滿足建筑室內對相變材料熱性能要求,而且具有良好的濕效應.

在能源緊張的當今時代；能耗巨頭領域的產業(yè)節(jié)能一直是人們廣泛關注的問題；也是節(jié)能領域的研究重點；建筑行業(yè)在經濟快速發(fā)展的今天；能耗相對較高；而變相材料的使用無疑為建筑節(jié)能的實現(xiàn)創(chuàng)造了更多可能；為進一步推進變相材料在建筑領域的應用；提高建筑能源利用率；筆者詳細梳理了變相材料的性能及其在建筑節(jié)能領域的應用；厘清了相變材料對于建筑能耗降低的的重要作用；以供相關從業(yè)人員參考；

相變材料具有儲能密度高、溫度波動小的特點,在綠色建筑的暖通空調、新能源利用以及換熱器等領域有著廣闊的應用前景.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,測定了其導熱系數(shù)、靜置后濁度等參數(shù),從而研究改良基液對相變微膠囊懸浮液與相變乳狀液熱工性能的影響.實驗表明水和聚乙二醇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熱系數(shù),更加適用于綠色建箋.

相變材料蓄冷的經濟性分析——文章針對氨基乙醇一水二元混合物在蓄冷空調中應用的經濟性進行了研究，并與冰蓄冷系統(tǒng)和常規(guī)空調系統(tǒng)進行了比較；分析結果表明：相變材料蓄冷空調系統(tǒng)運行費用最低，但初投資較高；如果相變蓄冷材料因批量生產而降低成本，則相變材...

相變材料在相變期間會吸收或釋放熱量，通過其相變潛熱進行能量儲蓄，最終實現(xiàn)節(jié)能減排的效果。將相變材料應用

相變材料,是一種節(jié)能材料,在實際應用期間,具有一定優(yōu)勢,有利于應用在建筑節(jié)能中,減少各類原材料的應用,降低建筑施工成本.箱變材料可以儲存各類能量,并對各類能源再利用,因此,建筑節(jié)能施工中應用相變材料,具有重要意義.

介紹了目前國內外關于石蠟類相變材料作為建筑材料的一些研究成果,總結了石蠟類建材的選型以及封裝技術。石蠟類相變蓄熱材料因其具有相變潛熱高、相變溫度可根據(jù)組成進行調節(jié)、幾乎沒有過冷現(xiàn)象、熔化時蒸汽壓力低、不易發(fā)生化學反應且化學穩(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、沒有相分離和腐蝕性等優(yōu)點,較之其它蓄熱建筑材料,性能更加優(yōu)良且價格更低。研究表明,制作建筑板材應選擇碳原子數(shù)較少相變溫度較低的直鏈烷烴相變材料,采用微粒封裝技術如制作微膠囊等。還舉出多個國內外的例子,說明了石蠟類相變材料的應用情況。

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dsc實驗分析混合物的相變溫度和相變焓。結果表明:可通過利用施羅德公式計算癸酸-月桂酸混合物的相變溫度,進而試配適應溫度需求的癸酸-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,在室內舒適溫度范圍內,且相變潛熱較高,可用作建筑節(jié)能復合相變儲能材料。

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復合相變材料的微觀結構、相變性能、穩(wěn)定性等性能進行了表征分析。測試結果表明,月桂酸復合相變材料結構上是硬脂酸與膨脹石墨的物理結合,未發(fā)生化學反應生成其他物質,保持了兩者的優(yōu)良性能;隨著膨脹石墨含量的增加,復合相變材料熱穩(wěn)定性提高,導熱性能增強,熱效率提高,同時,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的蓄冷空調成為蓄冷系統(tǒng)的研究熱點之一。針對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的融化過程,得到了在不同工況下蓄冷球內相界面隨時間的變化以及蓄冷球內溫度場隨時間的分布特性,為進一步優(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熱速率的實驗研究——文章介紹了組合式相變材料換熱器儲熱速率的實驗研究。

試驗通過比較重要的熱物性指標(毛體積密度、導熱系數(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℃時相變?yōu)r青混合料開始相變,50℃左右導熱系數(shù)達到最小約為1.17和1.0w/(m·k),相變?yōu)r青混合料導熱系數(shù)圖呈凹曲線,添加相變材料可以在其相變溫度段降低其導熱系數(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)學模型,利用ansys軟件對相變墻板在不同影響因素下的傳熱過程進行了數(shù)值模擬,并對熱水輻射供暖相變墻板進行了優(yōu)化設計。結果顯示:室內空氣溫度對熱水輻射供暖相變墻板散熱特性的影響最為明顯,但室內空氣溫度過高對相變墻板間歇供暖不利;在墻板中加入相變材料,可增加圍護結構的熱惰性,減小室溫和熱流的波動;熱水輻射供暖相變墻板中的管間距不宜取的過大。研究結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傳熱的熱流密度及內表面溫度情況,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外墻的隔熱性能的影響。結果表明:相變材料最適宜的相變溫度為27℃,在此相變溫度下,同一時刻的內、外側位置的內表面最大溫差為0.9℃;相變溫度為27℃的墻體比普通墻體約節(jié)能27.6%,此時相變材料潛熱利用率為38.7%。