复合相变蓄能材料的制备及性能研究

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作为一种提高能源利用效率的有效手段,蓄能技术可有效解决能量供求在时间和空间上的不匹配而备受关注,其中相变蓄能技术因为有着较高的蓄能密度而有广泛的应用前景。本文第一章主要介绍了当代蓄能技术的发展状况,并就相变蓄能技术的发展、相变材料的种类和复合相变材料的制备及测试方法做了简要阐述。第二章以多孔基体吸附法制备复合相变材料并测试分析了其各项性能。第三章研究了以溶胶凝胶法制备微胶囊相变材料并对其各项性能进行了测试分析。第四章则简要阐述了将复合相变材料应用于房屋建筑围护结构的研究状况。1.多孔基体吸附法制备复合相变材料月桂酸-硬脂酸/纤维素复合相变材料中,月桂酸-硬脂酸作为相变材料,纤维素为基体材料,通过实验确定了月桂酸-硬脂酸的共晶比,以此制备了不同封装率(66.0%、68.1%、70.4%)的月桂酸-硬脂酸/纤维素复合相变材料。通过傅里叶红外分析、扫描电子显微镜、X射线衍射分析测试复合相变材料的化学结构、微观形貌和晶体结构,通过差示扫描量热仪和热重分析仪分析其相变特性和热稳定性。由于毛细作用和表面张力,月桂酸-硬脂酸共晶均匀地吸附在纤维素的纤维结构中,有效的阻止了液态相变材料的渗漏。其中在CPCM1中,月桂酸-硬脂酸共晶的质量分数达70.4%,其熔点为32.2℃,熔化潜热为114.6 kJ/kg,凝固点为29.2℃,凝固潜热为106.8 kJ/kg。该复合相变材料具有较好的热稳定性,并且100次热循环后,复合相变材料的相变特性得以很好的保留.。由于此复合相变材料有着合适的温度、较大的相变潜热以及纤维素与木质结构的天然的兼容性,所以可应用于天花板、墙板等建筑材料中来调控室温、减小昼夜温度波动以提升室内温度舒适度。2.溶胶凝胶法制备微胶囊相变材料在石蜡/二氧化钛微胶囊相变材料中,石蜡作为相变材料,二氧化钛作为外壳材料,制备了不同封装率(72.8%、75.8%、80.2%、87.1%、85.5%、81.5%)的石蜡/二氧化钛微胶囊相变材料。通过傅里叶红外分析、扫描电子显微镜、x射线衍射分析测试复合相变材料的化学结构、微观形貌和晶体结构,通过差示扫描量热仪和热重分析仪分析其相变特性和热稳定性。石蜡被很好的封装在二氧化钛外壳内。典型的石蜡/二氧化钛微胶囊相变材料的熔点为58.8℃,融化潜热为kJ/kg,凝固点为56.5℃,凝固潜热为144.6 kJ/kg,其中石蜡的封装率为85.5%。同时分析得知无水乙醇的量会影响到微胶囊外壳表面均匀度和微胶囊的封装率。微胶囊相变材料中石蜡的起始降解温度高于200℃,而其工作温度区间为40-80℃,二氧化钛外壳可以有效的增强其热稳定性并且防止液态石蜡的泄漏。在棕榈酸/二氧化钛微胶囊相变材料中,棕榈酸作为相变材料,二氧化钛作为外壳材料,制备了不同封装率(30.4%、11.1%、15.9%)的棕榈酸/二氧化钛微胶囊相变材料。复合相变材料的化学结构、微观形貌、晶体结构和外壳的化学成分分别通过傅里叶红外分析、扫描电子显微镜、X射线衍射分析和X射线光电子能谱测试,其相变特性和热稳定性通过差示扫描量热仪和热重分析仪分析。棕榈酸被很好的封装在二氧化钛外壳内,微胶囊呈现规则的球状外观,尺寸约为200-400nm。差示扫描量热分析和热重分析得出典型的棕榈酸/二氧化钛微胶囊相变材料的熔点为61.7℃,融化潜热为63.3 kJ/kg,凝固点为56.7℃,凝固潜热为47.1 kJ/kg,其中棕榈酸的封装率为30.4%。二氧化钛外壳可以有效地防止液态棕榈酸的泄漏并且提升其热稳定性。由于棕榈酸被封装在尺寸为200--400nm的微胶囊中,使得其相变温度有所下降。较小的尺寸使得微胶囊有较大的比表面积,增强了其换热性能,因而可应用于相变微胶囊溶液中作为功能热流体。3.复合相变材料在建筑围护结构中的应用复合相变材料在相变蓄能墙体、相变特朗勃墙、相变蓄能屋顶、相变蓄能墙板和相变蓄能地板等建筑围护结构中的应用实践已被研究。在将相变材料应用于建筑材料中时需综合考虑相变材料的选择、相变层的厚度和对结构抗压强度的影响。实践证明将相变材料复合于这些建筑围护结构中,可以有效的增加建筑的热惯性,降低室内温度的波动,使温度保持在舒适区间内,降低建筑的冷/热负荷,对实现建筑的轻质化和节能环保有重要作用。
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