无机水合盐相变材料在建筑节能领域的应用研究

　　摘要：建筑能耗在全世界能源消耗中占有重大比例，将具有储热能力的相变材料与建筑材料复合并投入到建筑中，可以有效地降低能源在建筑领域的大量消耗，实现节能的目的。本文对无机水合盐类相变材料的主要性能特点、相变建筑材料的制备方法以及在建筑节能领域的应用研究做了详细的综述，并对未来的研究重点做出了展望。

　　关键词：无机相变材料；水合盐；建筑节能；应用研究

　　0、引言

　　随着人口的快速增长和经济的告诉发展，人类对能源的需求日益增长，过度的开发和浪费不可再生能源又加剧了能源的供应紧张，节能已经逐渐成为当今社会不得不重视的问题[1-3]。建筑耗能在各领域的能源消耗中占有重大比例[4]。我国直接或间接的建筑耗能十分巨大，据统计,约占全社会能源总消耗的46.7%[5]，但随着人们生活质量的不断提高，这种能源消耗将会呈现持续增加的趋势[6]。因此，降低建筑能耗，提高能源使用效率是实现节能的关键所在[7]。

　　1、无机水合盐相变材料的性能

　　相变材料根据化学组成可以分为无机、有机和复合相变材料[11]。无机水合盐是无机相变材料中应用最为广泛的一种，也是典型的固-液相变材料，其相变温度适中，大多处于低中温区，在0°C-150°C之间，不仅具有大的导热系数，同时还具有很高的相变潜热[12.13]，与有机相变材料相比，其材料来源广泛且价格低廉，没有刺激性气味，化学性质稳定[14.15]，更适合应用于建筑节能领域。但是，水合盐相变材料自身存在着过冷和相分离[16]，限制了其应用一直以来通过成核剂和增稠剂可以有效解决这两大问题[17]，但在最近的研究中发现相变材料与合适的基体材料复合，也能很好改善水合盐相变材料的过冷和相分离问题。

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　　2、相变建筑材料的制备方法

　　将具有储热能力的相变材料与建筑材料复合制备得到相变建筑材料，一方面可以减少建筑材料的消耗，另一方面可以降低能源的消耗，起到节能的作用。目前，主要的制备方法有直接混合法、浸没法和胶囊封装法[23]。

　　2.1直接混合法

　　直接混合法是指将相变材料直接与建筑材料混合在一起，比如：水泥、砂浆、混凝土等。采用直接混合法制备相变建筑材料，具有用量易控制、结构简单、性能均匀等优点。因此，建筑构件可以方便地做成各种形状和尺寸，以满足不同的需要。但同时也存在着易渗漏、性能不稳定等问题，降低了材料的耐久性能和机械性能；

　　2.2浸没法

　　浸没法是一种将多孔建筑材料浸入液态的相变材料中，利用多孔材料的吸附性能实现与相变材料相结合的一种方法。浸没法的优点是操作简单方便，它可以根据不同的要求将传统建筑材料制成相变建筑材料。但这种方法存在相变材料易渗漏、从而导致相变建筑材料性能不稳定、耐久性差等问题。

　　3、水合盐相变材料在建筑节能领域的应用

　　3.1相变板材

　　付露露[24]以CaCl2·6H2O为相变储热材料，选择膨胀珍珠岩为载体，制备出CaCl2·6H2O/膨胀珍珠岩复合相变材料，将其嵌入铝扣板中，并与仅装有铝扣板的试验房进行对比研究，结果表明：装有复合相变材料铝扣板的PCM房的温度波动仅为16.3°C，热舒适度提高至34.4%，建筑能耗降低了30%，证明了PCM板可以增大建筑墙体的热惰性，降低温度波动，提高房间的热舒适度，达到节能保温的效果；

　　3.2相变墙体

　　闫全英等人[27]选择十水硫酸钠为相变材料，十水四硼酸钠为成核剂、CMC为增稠剂，高吸水性树脂为支撑材料和保水剂制备定形无机水合盐相变材料，并将其添加到预制的墙体中，测试其传热性能。试验结果表明，加入定形相变材料的墙体与普通墙体相比，具有更加稳定的传热性能和良好的储热能力，可以提高室内热舒适度，达到节能的目的；

　　4、展望

　　（1）提高相变建筑材料的力学性能、耐久性和防火性能，相变材料的封装工艺和导热性能是相变材料在建筑节能领域未来的重点研究方向；

　　（2）水合盐相变材料在建筑节能领域应用中，如何有效的解决水合盐的过冷、相分离以及泄漏问题仍然是研究的重点；

　　（3）寻找合适的表面活性剂，提高相变材料与基体材料的相容性；

　　（4）考虑降低成本，促进无机水合盐相变材料的工业应用。

　　参考文献

　　[1]沈澄，徐玲玲，李文浩.相变储能材料在建筑节能领域的研究进展[J].材料导报，2015，29（5）：100-104.

　　[2]B.Tan,Z.H.Huang,Z.Y.Yin,etal.Preparationandthermalpropertiesofshape-stabilizedcompositephasechangematerialsbasedonpolyethyleneglycolandporouscarbonpreparedfrompotato,RSCAdv.6(2016)15821–15830.

　　[3]LuX,HuangJ,WongW,etal.Anovelbio-basedpolyurethane/woodpowdercompositeasshape-stablephasechangematerialwithhighrelativeenthalpyefficiencyforsolarthermalenergystorage[J].SolarEnergyMaterialsandSolarCells,2019

　　肖力光，王敬维

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