建筑相变材料保温性能试验研究Word格式.docx
- 文档编号:17746840
- 上传时间:2022-12-09
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:25.02KB
建筑相变材料保温性能试验研究Word格式.docx
《建筑相变材料保温性能试验研究Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《建筑相变材料保温性能试验研究Word格式.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
Thermalenergystorage
Changethey
can
are
thetechnologiesthatmake
carl
use
oflatentheatstoredbyPhase
Materials(VCMs).They
make
a
reshapepatternsofelectricity
fordayandnight.And
full
use
ofsolarenergyand
environment—friendly.
With
life,the
thedevelopmentofscienceand
the
technologyand
improvementofPeople’S
Phase---change
energystoragematerialshas
broad
applicationwider.Ahigher
requirementforPhase--changeenergystoragematerialshasbeenputforwardto,whichisgood
heatstorageproperty,lowcost,andhighheatefficiency.Organicmaterialshavebecomethehotresearching
subject
becauseofthecharacteristicof
no
super-coolingand
chromatography.
its
Theresearch
objectinthispaperisparaffinwaxwhichhasbecomeeverypopular
advantagesofhighlatentPhase-changeheat,nosuper-cooling,no
lowprice,and
SOonasa
chromatography,stable
property,nontoxic,and
kindofPhase-changeheatstoragematerial.
betweensolidsandliquid.Itcouldifdirectlyaddedtoconstructional
Paraffinisphase—changematerialthatphasetransformative
energy
happenthatliquidwillleakduringaccumulationof
materials
toconstitute
phase—change
walls,whichwillinfluencetheusingofthewall.Toprevent
itfromhappening,wepourthemoltenparaffinintoboxwhichisfoldedbytinfoil,then
sealtheboxoftinfoilusinganti—crackmortarasproppingmaterial.Accordingto
paraffin
usedas
phase—changematerial
sealed
box
oftinfoil
ofheataccumulation,thetextthroughlotsofexperimentsprovedthattheused
anti-crack
mortar
as
propping
materialcouldbe
kindof
shape?
stabilized
material
whosemeltingpointis
paraffin’S.The
latent
heatwill
increaseasthe
content
ofparaffinincrease.
ismadeupof
FixedshapeIt
subjointhe
paraffinwax,Foil
and
andPolystyreneboard.
Can
beusedinwallto
capacityofmaintainheat
save
energy.This
Wax
thesis
researchthedifference
betweenthe
platewithphase-changematerial
andwithoutphase-change
Foil
material.The
more
researchindicates:
thephase—change
with
Polystyreneboardintheplate
moreenergy,andmadethephase-change
temperature
properly,Thephase-changematerialwithparaffinwaxFoilandPolystyreneboardis
cansave
goodmaterialwhichenergy
whenitisusedinwall.
Keywords:
paraffin;
aluminumfoil;
polystyreneboard;
shape—stabilized;
Phase—changematerialenergy
Il
武汉理工大学学位论文独创性声明及使用授权书
独创性声明
本人声明,所警交的论文魑我个人在导F砸籀孕下进行的研究丁作及11)c得的研究成必。
堪我所知,除了义中特别魏l以杯注和致谢的地疗外.论文中不包禽其他人已经笈袭鲅撰写过的碜究艘聚。
也不包含为获得武汉理T大学或K它教疗饥拘∞学位或证书丽使用过的材辩。
与我?
间1二作的同志对本研究所做带lff:
fi露献均已在沦义中作了明确∞说明并表示了谢意。
研究生(箍2,:
藐专雾臼矫痧奇≯∥p
学位论文使用授权书
术人完全了解五£汉理工大擘钶关仪钮、使}{j学位论文的拢定,即:
学投有权保留并向翻家有关部门或机构送交沦义的复印件皋j电jf舨,兔许沦文被赉阕和借阅。
本人授权武汉理1:
大学W以将本学{17论之的全都内客编入钉关数据库进行稔黉.可以采用影印、缩印或其他复涮手段保存吱汇编本学位论文.同时授权经武汉理i:
-X擘试可豹遁客有.笑孵t构鲮沦文数据库缝掰袋牧泵本孝位沦文,并向圣{:
会公众爨供信息搬务。
(保密的论文在解密后应遵守此规定)研究生c㈣:
墟L铷。
㈣链臼期蛐。
武汉理:
[人学硕士学位论文
第1章绪论
1.1相变材料研究历史和现状
1.1.1能源
能源的可持续发展是当今世界的一大难题。
解决该难题的基本途径有两个一是依靠科技进步,发明或者发现当前能源的替代品,二是研究新型节能技术,减少能源消耗。
在开发新能源方面,太阳能的开发利用受到很大的重视。
太阳能几乎是取之不尽,用之不竭的清洁能源。
世界能源专家认为,太阳能将是本世纪的主要能源。
然而在太阳能利用方面存在一个突出的问题一太阳能的问断性,这跟昼夜交替以及天气情况有关。
因此,迫切需要一种材料能存储太阳能,使之成为一种能连续使用的能源。
在节能方面,余热或者废热的回收f37】过程中也涉及到能量的存储问题,需要用到储能材料。
现有的储热方式,如太阳能的利用是以水为介质的显热储热方式,而建筑物的取暖,同样是以石头、木头、塑料制品为介质的显热方式。
就储热能力而言,显热方式无法与潜热方式相比,如纯冰的比热约为2J?
g一,比热最大的纯水也只不过4.2J/g,而水的相变热焙为335J/g,当1克冰在受热融化变成水的过程中,能够从环境中吸收335J的热量,而系统在此时的温度恒定在O。
C:
当水进一步受热时,此时19的水在升高1℃的过程中,只能从环境中吸收4,2J的热量。
即如果1克水从环境中吸收335焦耳的热量,那么它的温度将从loC升高到800C。
利用相变材料(Phasechangematerials,PCM)进行能热存储和温度调控具有两个方面的优点:
一方面,相变材料具有巨大的相变潜热,以相变材料作为热能存储介质可以获得极高的能量密度,减少系统的体积和成本;
另一方面,PCM
武汉理丁大学硕+学位论文
可以在基本恒定的温度(即相转变温度)下吸收和释放能量。
因而有着很大的应用潜力。
1.1.2相变材料的定义
相变材料(phasechangematerial,PCM)由于具有储能和控温能力,近年来成为节能应用、体系控温等领域的研究热点,并在红外隐身材料领域表现出潜在的应用前景。
它是利用相变材料在温度高于相变点时吸收热量而发生相变(储能过程),相反当温度下降,低于相变点时发生逆向相变(释放能量过程)进行工作的,具有能量储存和温度控制功能的这些物质统称为相变物质或相变材料【l】。
这种利用材料的相变过程来进行能量储存的方式成为潜热储能。
潜热储能材料具有储能密度高,储能、放能过程近似恒温,可以调整、控制工作源或材料同周围环境的温度,也可以减轻能源的供求之间在时间和速度上的不匹配程度【2?
31。
能量储存的另外两种方式为显热储能和化学反应储能【41。
显热储能材料虽然在使用方面比较简单,但其材料自身的温度会不断变化,无法达到控制温度的目的,并且此类材料储能密度低,从而使得相应的盛装体积庞大,因此此类材料的应用价值不高。
化学反应储能是利用可逆化学反应的反应热进行储能,它在受热和受冷时发生可逆化学反应,分别对外储能和释能,这种储能方式虽然储能密度较大,但是需要复杂的技术且使用不方便,在实际中难以得到较好的应用【引。
在实际应用中,相变材料应符合如下要求:
①在热性能方面,要有合适的相变温度、较大的相变潜热、合适的导热性能(导热系数一般宜大);
②在化学性能方面,要求性能稳定、相变可逆性好、过冷度小、无毒、不易燃具有较快的结晶速度和晶体生长速度,并要求在相变过程中不应发生熔析现象,以免导致相变介质化学成分的变化;
③在物理性能方面,要求体积膨胀率小、蒸汽压低而密度较大:
④在经济性能方面,应当原料易购、价格便宜。
2
武汉理工人学硕士学位论文
今后研究的重点包括:
①开发具有高相变潜热的相变材料,提高材料的能量密度;
②开发各种相变温度范围的相变材料,使其能够满足从高温、中温和低温的各种具体应用要求;
③研究改变相变材料的导热性能,提高其相变速率的方法(主要针对有机材料,除了传统的掺杂外,应对从没有研究过的导热有机材料的相变性能开展研究);
④新材料的复合技术应更广泛结合纳米材料;
⑤降低成本,实现工业化生产。
1.1.3国内外研究概况
相变储能材料的应用可以追溯到很早以前。
古时候,人们就知道把冬天的冰块储存到夏天,用于消暑和保鲜。
但相变储能的研究真正兴起是在上世纪60年代,一方面,能源危机的出现,对提高能源的利用率对相变材料提出了应用要求,为了充分利用工业余热和废热,提高能源使用效率,学术界和工业界开始研究工业余热及废热的回收、储存方法和技术。
另一方面,随着载人空间技术的迅速发展,航天器中精密仪器的正常工作对环境温度的恒定性要求很高,必须采用温控技术。
但常用的温控方法能耗大,而相变材料的相变过程近似为等温过程,能吸收和释放很大的能量,这大大促进了相变储能的发展【6】。
在相变储能的理论和应用方面,发达国家兴起较早。
二战后不久,美国的Dr.MariaTelkes把十水硫酸钠应用于被动式太阳房领域,做出了巨大贡献。
1965年,美国的Mavleous和Desy利用熔融锂水合盐制成具有防寒功能的加热背挚。
1983年,Dr.G.A.Lane主编的《太阳热储存:
相变材料》(Solar
heatheatstorage:
latentmaterial)是对这一领域以前工作的集大成之作。
上世纪70年代早期,日本一些企业对相变材料在制冷和空调系统中的储能方面的应用展开了研究,他们主要研究了一些结晶水合盐,如:
水合硝酸盐、磷酸盐等:
东京科技大学的Yoneda筛选出性能较好的六水氯化镁和六水硝酸镁用于建筑物取暖。
德国的Schroeder等对低于0℃相变材料进行了大量研究,他们推荐在储冷中采用
武汉理上大学硕士学位论文
NaF—H20共晶盐,在低温储热或热泵应用中采用KF.4H20,在建筑中采用CaCl2.6H20;
德国西门子公司除了大量研究低温水合盐相变材料外,还对在多孔陶瓷材料中填充相变材料用于高温储热进行研究。
另外,法国,意大利和前苏联在储热相变材料的理论和应用研究方面也做了大量工作15剖。
我国储能相变材料的理论和应用研究开展比较晚,也比较薄弱,同济大学在建筑、暖通相变材料这一方面做了大量的、系统的研究,华中理工大学程尚模教授对矩形管、圆管、椭圆管的相变材料的接触融化问题进行了研究,张洪济教授对相变传热进行了大量研究,中国科学技术大学的陈则韶教授都相变材料的热物性的测量做了大量研究,清华大学的张寅平教授利用相变材料制成了保温器、取暖器,热水器等,取得了多项专利【6】。
此外,中国科学院广州化学所、北京航空航天大学、重庆大学等多所大学和研究单位相继开展了相变储能的研究和开发工作。
相变储能技术的节能性、环保性及经济性越来越受到人们的广泛重视,它的实际应用领域和范围在不断扩展,不仅在航空航天(人造卫星、宇宙航行和军事武器系统的温度控制,通过吸收和释放热量保持部件的合适工作温度)工农业生产、建筑建材、能源电力、纺织材料、公路交通、发动机技术等方面有着重要的应用。
而且在改善人们的日常生活方面也有着广泛的应用,随着科技的进步与发展,相变储能技术会给人们带来更为广阔的应用空间和巨大的经济利益【卜13】。
虽然相变材料的应用领域越来越广,但相变材料近年来最主要的研究和应用领域在于建筑物的采暖、控温【61以及被动太阳房‘141领域。
由于国外在相变储能和控温领域发展较早,现在的研究工作主要是通过建立理论模型,从理论上研究相变材料的相变行为‘15。
23】。
另外一个重点就是和实际应用结合,建立数学模型和工程模型,从理论分析和实验测试方面,对比分析和验证,研究相变材料在实际应用的功能和作用【24。
29】。
国内主要还是集中在研究各种新型相变材料以及研究它们的性能等[30-34】方面,真正开展应用研究的相关报道相对较少。
但4
是清华大学‘91、同济大学‘81、西安交通大学‘121、中国科学院广州化学所等单位在相变材料工程应用方面都开展了研究[35-36】。
1.2相变材料的现状
相变材料是近年来国内外在能源利用和材料科学方面丌发研究十分活跃的领域。
相变材料是一种以潜热形式储存和释放能量的材料。
在相变温度范围内,相态发生变化时吸收或放出的能量称为相变潜热。
相对于物质温度变化时吸放的热量来讲,相变潜热一要大得多例如,冰一水的相变潜热为335J/g,而水的显热吸收仅为4J/g?
K。
利用相变材料这种蓄热、放热作用,可以调整、控制物体周围环境的温度,这样能够在物体周围形成温度基本恒定的微气候。
相变材料的这种吸热和放热过程是自动的、可逆的、无限次的。
1.2.1相变材料的分类
迄今为止,己有超过500种天然和合成相变材料被掌握和了解。
相变材料按照相变材料的组成成分又可分为有机类和无机类:
按照相变温度可分为高温相变材料020---8500c)和低温相变材料(0---一120)两类(图1);
按照相变形式、相变过程可以分为固一固相变、固一液相变和固—气相变及液一气相变四大类【57。
。
由于固一气相变及液一气相变在相变过程中伴随大量气体的存在,使材料体积变化很大。
因此,尽管它们相变潜热较人,但在实际中很少应用。
常用的就是固一固相变和固一液相变材料。
目前国内外研制的这类相变材料主要有:
5
武汉理工大学硕士学位论文
厂高温类
“20 ̄850。
c蓦.』I料
L低温类
厂,弋飞厂,
(1)无机类,主要包括结晶水合盐类、熔融盐类等。
其中最典型的是结晶水合盐类,例如Na2S04"10H20、MgCl2?
6H20等。
这类材料熔化热大,导热系数高,相变时体积变化小。
但由于它们的结晶水数在相变中有变化,使得相变的可逆性变差,有过冷范围且有腐蚀性。
(2)有机类,这类相变材料常用的有高级脂肪烃类、醇类、高级烷烃类。
由于宫能团不同,它们在性质上相差很大。
有些材料具有合适的相变温度和较高的潜热,并且无毒、无腐蚀性。
但有些材料在高温或强氧化剂存在时会燃烧、分解等,因此要加以选择,以确保安全。
1.2.2相变材料的应用
在航天领域的应用
6
武汉理上火学硕士学位论文
早在50年代,由于航天事业的发展,人造卫星等航天器的研制中常涉及到仪器、仪表或材料的恒温控制问题。
因为人造卫星在运行中,时而处于太阳照射之下,时而由于地球的遮蔽处于黑暗中,在这两种情况下,人造卫星表面的温度相差几XX。
为了保证卫星内温度恒定在特定温度下(通常为15℃,--,35。
C之问),人们研制了很多控制温度的装置,其中一种就是利用相变贮热材料在特定温度下的吸热与放热来控制温度的变化,使卫星正常工作。
当外界温度升高,高于特定温度(如30。
C)时,相变贮热材料开始熔融,大量吸收热量,而当外部温度降低,低于特定温度时,相变材料又开始结晶,大量放出热量,从而维持内部温度恒定在30。
C左右(58—5们。
1.2.3在生产和生活保障中的应用
近年来,利用相变材料作为民用取暖的一种新装置己达到实用阶段。
在有暖气的房间内安装相变材料贮热器后,当通入暖气时,它会把热贮存起来,当停止送暖气时,它会放出热量,使房间不致在此期间降温。
这种装置适用于白天、晚上温差较大或同照较强的地区。
将相变材料密封在高密度的聚乙烯管中制成贮热管,与太阳能的利用或工厂的余热相配合,可解决住宅、办公室、农用温室等地方的取暖保温问题。
例如,美国管道系统公司应用CaCl2"6H20为相变材料制成贮热管,用来贮存太阳能和回收工业中的余热该公司称100根长15cm直径9cm的聚乙烯贮热管就能满足一个家庭所有房间的取暖需要、法国ELFUnion公司采用Na2S04?
10H20作相交贮热材料制成储热装置,每1.7t相变贮热材料可供100m2房间取暖之用‘60卅】。
我国1987年11月在河北省安国县设计建造了一座农用太阳能温室,内部设置了用相变贮热材料制成的潜热蓄热增温器。
它利用相变材料的潜热特性,储存农用栽培温室中白天过量的太阳能。
当夜晚温度下降到一定范围后释放出储存的这部分热能,使一天之中温室内温度曲线的高峰区有所下降,而低谷区7
武汉理丁大学硕十学位论文
有所上升,昼夜之间的温差变小,以保证冬季蔬菜等作物讵常生长,而不需另设常规燃料增温设备,节约了蒸汽锅炉j燃油暖JXL机等基本建设投资和日常燃料的消耗。
使用后发现,温室冬季夜I’日J最低温度可以提高6。
C,增温效果明显162—63】
0
相变材料还可以用于制造保温时间比普通陶瓷杯长的保温杯。
注入相变材料的织物可以制作保温性能好、质量轻的服装。
含有相变材料的沥青地面或混凝土可以防止桥梁结冰等。
总之,相变材料在太阳能利用、节能、工程保温材料、医疗保健产品等方面都展示出广阔的应用前景【删。
1.2.4在军事领域的应用
近年来相变材料在军事领域的应用倍受瞩目。
一般军事目标的温度均高于背景温度,在红外热成像仪中显示出显著的热特征,因此除了使用低发射率的涂料外,降低目标的表面温度是一个迫切而又棘手的问题。
相变材料在发生物相转变时,能吸收或放出很大的热量,利用相变材料的这一特点可以从温度上对目标热辐射能量加以控制,从而减小目标的热特征。
据国外文献报道【6铀6‘,该相变材料体系是将内装相变物质的胶囊埋置在泡沫状物质中,或分散在织物中,或是与胶粘剂混合后用在军事目标上,通过吸收目标放出的热量,降低其热红外辐射强度。
目前,国内在此领域的研究尚处于探索阶段【67吒81。
另一方面,相变材料在相变过程的热容较大,可以较长时间地保持在一定的温度范围,温度下降慢。
1.3相变材料在建筑物中的应用
将相变储能材料应用于建筑物的围护结构,为建筑节能提供了新的途径,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是目前国内外研究的热点【67—681。
相变材料在固一液态之间转变时,要经历物理状态的变化,在两
武汉理T大学硕士学位论文
种相变的过程中,材料要从环境中吸热或放热。
在物理状态发生变化时可储存或释放的能量称为相变热,发生相变的温度范围很窄。
物理:
状态发生变化时,材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变。
大量相变热转移到环境中时,产生了一个宽的温度平台。
相变材的出现,体现了恒温时问的延长,并可与显热和绝缘材料在热循环时,储存或释放显热。
1.3.1在相变墙体中的应用
为保证相变墙体在夏季的节能效果,墙体中相变材料的相变温度应比夏季室外最低温度高29C左右.石蜡是固一液褶变材料,如果将其直接加入到建筑材料中构成相变墙体的话,有可能在储能过程中发生泄漏,影响墙体的使用。
闫全英等人研究了以高聚乙烯(HDPE)作为支撑材料与石蜡(熔点28.2℃)混合,形成形态稳定、强度较高的复合相变材料——定形相变材料.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 建筑 相变 材料 保温 性能 试验 研究