不同石蜡含量的相变复合材料性能及建筑应用

1、不同石蜡含量的相变复合材料性能及建筑应用建筑能耗在能源消耗中占比达到 30%,由此带来的能源短缺和环境污染问题日益严重。 而加强对建筑节能和建筑用能的存储及利用，可以减少建筑能耗1,2. 相变材料通过使用过程中相变反应存储能量，能起到降低能耗损失的作用。 一般来说，相变材料的蓄热方式包括化学反应蓄热、潜热蓄热和显热蓄热3-5. 其中，化学反应蓄热工艺复杂，并且由于存在化学反应，对设备安全性要求较高，没有得到广泛应用。 显热蓄热主要通过自身比热容来存储或释放热量，调节作用有限。 潜热相变通过相变材料相变时吸收或释放热量的特点，可依靠外界环境温度的变化达到储能或释放的目的， 具有蓄热量大，控温恒定

2、，安全性高等特点，目前应用较为广泛。 然而，单一相变材料存在过冷现象或导热系数小等缺点，不能满足实际应用6. 因此，需要开发新型相变材料，解决单一相变材料的缺点与不足7. 本文选用石蜡作为相变基材，膨胀珍珠岩为载体制备相变材料， 研究不同石蜡含量的相变复合材料在表观密度、抗压强度、导热系数等方面的变化，并讨论其在建筑材料中的应用效果。1 试验材料及方法1.1 复合相变储热水泥块的制备试验材料为相变石蜡 RT28 和粒度为 270 μm（50 目）的 膨胀珍珠岩 ,以相变材料 RT28 质量分数为 0%、10%、20%、30%和 40%的比例将两者倒入烧杯中，60 水浴搅拌 1.5 h,制

3、得不同质量分数 RT28的 RT28/EP-PCMs 复合相变材料。将膨胀珍珠岩、普通矿渣硅酸盐水泥和水按质量比 11.52 制备成水泥泥浆， 再将水泥泥浆与上面制得的不同 RT28 含量的 RT28/EP-PCMs 均匀搅拌制得储热水泥块。1.2 测试方法（1） 表观密度将样品在真空 100 环境下干燥至恒重， 用精度为 0.001 g 分析天平测量样品质量，用游标卡尺测量样品长宽高， 根据公式 ρ=m/V 计算密度。 其中 ρ为样品密度，m 为样品质量，V 为样品体积。（2） 抗压强度将水泥砂浆倒入标准试模中振动至表面呈现水泥浆，静置 24 h 后拆模，常温养护 7 d 进

4、行抗压强度测试。用压力试验机测试标准水泥块抗压强度，加载速率 80 kN/min. 根据公式 P=F/S 计算样品抗拉强度，其中 P 为压强，F 为压力，S 为受力面积，每个条件测试 6 个取平均值。（3）导热系数采用导热系数仪测试储热水泥块导热系数，将2 个规格为 10 mm×100 mm×100 mm 水 泥板叠放 ,探头至于两板之间， 功率 0.02 kW, 输出电压 0.01V,扫描时间 12 s.（4）节能性能以 500 W 氙 灯 作 为 热 源 ,将 6 块 100 mm×100 mm×100 mm 水泥板组合成封闭空间，分别用热电

5、偶测试立方体上方外壁、内壁、内部空间及外部环境温度，氙灯照射 1 h 后关闭，记录温度上升和下降变化趋势曲线。2 试验结果及分析2.1 储热水泥板表观密度图 1 为复合相变材料表观密度随 RT28 含量的变化曲线。 可以看出，随着复合相变材料中 RT28 含量的增加，储热水泥板表观密度逐渐增加。当不添加RT28 时，储热水泥板表观密度为 0.304 g/cm3;当添加 RT28 质量分数为 40 %时，储热水泥板表观密度达到 0.454 g/cm3,提高了 49.01 %. 分析认为，RT28加入后被吸附进入 EP 孔腔结构， 对复合相变材料体积影响不大。 随着 RT28 含量增加，储热水泥板

6、质量增加，所以储热水泥板表观密度增大。2.2 储热水泥板抗压强度图 2 为不同 RT28 含量时储热水泥板 7 天抗压强度变化曲线。 可以看出，随着 RT28 含量的增加，储热水泥块抗压强度增大。 不添加 RT28 时，储热水泥板抗压强度为 0.32 MPa; 添加量分别为 10%、20%、30%和 40%时，储热水泥块 7 天抗压强度依次为 0.36、0.47、0.52 和 0.59 MPa, 比不添加 RT28 时分别提高 12.5%、46.9%、62.5%和 84.3%. 7 天抗压强度均大于 0.30 MPa,满足行业标准要求。2.3 储热水泥板导热系数图 3 为不同 RT28 含量储

7、热水泥板导热系数变化曲线。 可以看出，储热水泥板导热系数随着 RT28含量的增加而增加。当 RT28 含量从 0%增加到 40%时， 储热水泥板导热系数从 0.114 W/m·K 增加到0.145 W/m·K. 分 析认为 , 由于 RT28 导 热系数0.276 W/m·K 大 于空气的导热系数 0.023 W/m·K.与添加 EP 相变材料相比，添加 RT28 与 EP 复合相变材料后，RT28 进入 EP 孔腔结构中， 取代空隙中的气体，水泥板导热系数提高。 随着 RT28 含量增加越多，EP 内部空隙填充越多， 复合相变储热水泥板

8、导热系数增加。2.4 节能效果分析图 4 为不同 RT28 含量相变复合材料上板外壁与内部空间温差变化曲线。 可以看出，随着 RT28 含量的增加，内部空间温度升高和降低速率逐渐减小，上板外壁与内部空间温差逐渐增大。 RT28 含量分别为 10%、20%、30%和 40%时， 上板外壁与内部空间温差依次为 17.3、17.9、19.4 和 23.2 ， 而采用普通 EP 相变材料温差为 13.3 ，即加入 RT28 后，储热水泥板隔热性能显着提高。分析认为，上板外壁离热源较近，升温最快，内部空间离热源最远，升温较慢。 同时，RT28 加入后，温度升至 28 时发生固液转变储存热量，使立方体内部

9、热量减少，从而提高了储热水泥板的隔热功能，使温差变大。 关闭热源后，立方体内部空间经过一段时间后温度仍高于上臂温度，主要为 RT28 的液固转变而释放能量。 RT28 含量越高，调节效果越好。3 结论制备了不同含量 RT28 复合相变材料 RT28/EP-PCMs 的储热水泥板。 发现随着复合相变材料中RT28 含量的增加，储热水泥板表观密度、抗压强度和导热系数增加，隔热效果越好。参考文献：1 张妮。 复合相变蓄热材料的制备、 相变动力学研究及在建筑材料中的应用D. 广州： 华南理工大学， 2012.2 王瑾， 赵亮。 基于绿色铸造的水玻璃砂造型存在的主要问题及其应对措施J. 铸造技术， 2014, 35（1）： 175-177.3 张 正国 , 王学泽 , 方晓明。 石 蜡 / 膨胀石墨复合相变材料的结构与热性能 J. 华南理工大学学报 （自然科学版）， 2006,34（3）： 1-5.4 华建社 , 王建宏 , 焦勇 , 等。 定形高温复合相变蓄热材料的研究现状及应用J. 热加工工艺， 2012, 41（24）： 109-112.5 张 亮 , 宴华 , 余荣升 , 等。 相变材料的研究进展及其 在建筑领域