低温定形相变材料在相变墙体中应用的可行性研究

低温定形相变材料在相变墙体中应用的可行性研究摘要:低温定形相变材料是应用于建筑物墙体中的理想储能材料,它可增加墙体的蓄热能力,节约建筑能耗.研究了2种以高密度聚乙烯为支撑材料的低温定形相变石蜡在不同石蜡含量下材料的相变潜热,相变温度,均匀性和稳定性,并讨论了石蜡在材料中的最佳含量范围.研究结果证明了石蜡用于相变墙体中的优越性和可行性,为日后实际应用提供依据.关键词:石蜡;高密度聚乙烯;定形相变材料;相变墙体;节能前言相变储能材料应用于建筑物围护结构可以提高能源的利用率,为节约建筑能耗提供新的途径.把相变储热材料以不同形式加入到建筑材料中构成相变墙体,已成为目前国内外研究的热点[1-31.由于相变材料具有蓄热特性,在温度升高熔化时吸收热量,而当温度降低凝结时放出热量,这样就可以实现在夜间充分储存能量,用来全部或部分负担白天的峰值负荷,使建筑供暖或空调不用或少用,也可减少所需空气处理设备的容量,降低空调或供暖系统的运行维护费用.同时还可减小建筑物内的温度波动,提高室内的舒适度阿.定形相变材料的利用是近几年来兴起的一种储能新方法.国内外一些学者对定形相变材料进行过的研究,多为应用于中温储能领域的相变材料.考虑到相变墙体的节能特点,相变材料的相变温度应接近室内温度,所以本文拟使用于相变墙体的相变材料为相变温度在20～30℃的2种低熔点石58.新型建筑材料2005.2蜡.并选择高密度聚乙烯作为定形相变材料的支撑材料.由石蜡和高密度聚乙烯按一定质量比混合,形成定形相变石蜡.通过研究其相变温度,相变潜热,均匀性和稳定性,验证其应用于墙体中的可行性,为相变墙体的制备和实验研究提供依据.1实验设备和材料实验设备和仪器包括差示扫描量热仪,分析天平,玻璃容器,加热电炉,恒温箱,粉碎机,搅拌器等.试验材料分别为熔点21.7℃的十七烷石蜡和熔点28.2℃的十八烷石蜡以及高密度聚乙烯.2实验样品的制备把2种石蜡和高密度聚乙烯以不同的配合比,制成lO种试样.试样1为十七烷石蜡和高密度聚乙烯的混合物,其中十七烷石蜡的含量分别为70%,75%,80%,85%和90%;试样6l为十八烷石蜡和高密度聚乙烯的混合物,其中十八烷石蜡的含量分别为70%,75%,80%,85%和90%.石蜡和高密度聚乙烯的熔点相差较大,把二者的混合物放入电炉中加热到140oC左右,当混合物全部熔融后,取出用玻璃棒搅拌均匀,放在空气中降温,聚乙烯首先凝固并形成空间网状结构,而石蜡被束缚在网状结构里,这样就形成了均匀的石蜡和高密度聚乙烯组成的定形相变材料.保温材料与建筑节能3实验结果和分析3.1相变温度和相变潜热把制备的1O个试样逐次用差示扫描量热仪进行测试,测试结果见图1,图2.石蜡含量/%图l定形石蜡潜热与石蜡含量的关系十八烷定形相变材料十七烷定形相变材料石蜡含量/%图2定形石螬相变温度与石螬含量的关系由图1,图2可知,定形相变石蜡的熔点与纯石蜡的熔点一致,与石蜡的含量无关.定形相变材料的潜热随着石蜡含量的增大而增大,近似呈线性关系.对于2种不同组成和含量的定形相变石蜡,熔点相对较高的十八烷石蜡定形材料的相变潜热大于熔点较低的十七烷石蜡定形材料.较大的潜热对于墙体储能是有利的,它可以增加相变墙体的蓄热能力.但石蜡的含量不宜过大,存在一个l界值,如果超过临界值,出现石蜡渗出现象.试验显示,当石蜡含量85%时,有细微的渗出;当石蜡含量90%时,石蜡明显渗出,这在墙体中使用是不利的.综合考虑储热能力和使用的安全性,在墙体中使用的石蜡和高密度聚乙烯构成的定形相变材料中石蜡的含量应控制在低于85%.但也不宜过低,否则相变墙体的蓄热能力提高不明显,失去相变墙体的优势.3.2稳定性对由十七烷石蜡和高密度聚乙烯组成的,试样以及由十八烷石蜡和高密度聚乙烯组成的,试样进行了稳定性试验.把试样放到4o℃的恒温箱中加热,然后拿到环境中放热,测试材料吸放热后的相变潜热值.如此多次,分别测试1次,1O次,20次,3O次吸放热后材料的潜热值,测试结果见表1.从表1可看出,2类材料在多次吸放热之后,潜热值的变化较小,故认为石蜡高密度聚乙烯定形相变材料的稳定性较好.表l不同定形相变材料经不同吸放热次数后的潜热值吸放热次数/次项目l1020302.试样相变潜热/(Id/kg)ll8.54ll6.98ll6.04114.643试样相变潜热/(kJ/kg)l27.10l2h5.34l24.O6l22.598.试样相变潜热/(Id/kg)l84.78l8O.67l81.09179.87试样相变潜热/(kJ/kg)l96.1l194.45191.46l90.O83.3均匀性分别在3和8’试样的3个不同部位取样,用差示扫描量热仪进行材料相变潜热均匀性试验,结果见表2.表2显示:不同部位材料的相变潜热值相差很小,这说明石蜡在高密度聚乙烯载体中的分布非常均匀.表2定形相变材料3个不同部位的相变潜热值kJ/kg不同部位的相变测试值项目1233试样l27.49l25.87l28.938试样185.56l84.74183.094(1)采用高密度聚乙烯作为支撑材料,与石蜡混合可形成一种形状稳定,强度较高,稳定性和均匀性较好的定形相变材料.(2)定形相变材料的熔点为石蜡的熔点,潜热随着石蜡含量的增加而增大,近似呈线性关系.(3)石蜡在定形相变材料中的含量存在渗出临界值,当石蜡质量含量达85%时,有细微的渗出;当石蜡质量含量达90%时,石蜡明显渗出,所以,用于墙体的石蜡和高密度聚乙烯构成的定形相变材料中石蜡的含量不应超过85%.(4)石蜡和高密度聚乙烯构成的定形相变材料在多次吸放热之后,材料的潜热值变化不大,稳定性较好.在材料的不同部位,潜热值变化很小,可用作相变墙体中的储能材料.