相變材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用

1、 論相變材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用【摘要】:隨著建筑領(lǐng)域的不斷發(fā)展,節(jié)能減排理念的不斷深入,近年來,建筑節(jié)能逐漸成為人們關(guān)注的一個熱點話題。在建筑節(jié)能設(shè)計中,相變材料在建筑節(jié)能中發(fā)揮了極其重要的作用。相變材料的儲能密度很大,不僅可以使室內(nèi)的溫度保持在一定的范圍內(nèi),而且還能有效的降低室內(nèi)采暖制冷的消耗以及費用。為了更好的展現(xiàn)相變材料在建筑節(jié)能領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢,本文將對相變材料的發(fā)展歷程以及節(jié)能原理進行一定的分析,并且探討相變材料在建筑節(jié)能中的運用?！娟P(guān)鍵字】:相變材料;建筑;節(jié)能;應(yīng)用中圖分類號:te08文獻標(biāo)識碼:a 文章編號:1.相變材料1.1相變材料的概述通常情況下,在溫度變化時,其本身的形態(tài)也

2、會隨之改變并且可以發(fā)揮潛熱的材料稱為相變材料,又被稱為pcm。相變材料可以在一定的溫度范圍內(nèi)改變其自身的物理狀態(tài),如可以由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)或固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài),而且在形態(tài)改變的同時還會釋放或是吸收大量的熱量。一般,相變材料可以分為三類,即無機相變材料,有機相變材料以及復(fù)合相變材料。其中,無機相變材料主要包括金屬或合金、結(jié)晶水合鹽類和熔融鹽類等等。而有機相變材料的主要成分是醋酸、石蠟和其他有機物。復(fù)合相變材料是在近年來逐漸興起的,它 避免了單一的無機相變材料和有機相變材料的缺點,在應(yīng)用效果方面有了很大的改善,而且在建筑方面的應(yīng)用范圍也比單一的相變材料來的廣泛。目前,復(fù)合相變材料的研制與生產(chǎn)已經(jīng)引起了國內(nèi)外

3、學(xué)者的關(guān)注,是建筑領(lǐng)域的熱點研究課題。1.2相變材料的現(xiàn)狀及發(fā)展目前,相變材料在建筑領(lǐng)域已經(jīng)占據(jù)了很大的地位。相變材料的研究是美國能源部太陽能公司發(fā)起的,最初的研究始于1981年,經(jīng)過不斷的研究,在1988年美國能量儲存分派辦公室將相變材料進行了推廣。隨著石膏板、墻板、混凝土構(gòu)件在建筑方面的應(yīng)用,相變材料也在不斷地發(fā)展。近年來,相變材料的應(yīng)用范圍更加廣泛,例如,將相變材料運用到輕型混凝土中,可以使室內(nèi)的溫度保持在一個適宜的范圍內(nèi),減少了其他能源的使用以及消耗。而且,在國內(nèi),相變材料也逐漸得到了應(yīng)用,極受廣大客戶的歡迎,相信在不久的將來,相變材料一定會應(yīng)用到各處的建筑中。1.3相變材料節(jié)能原理相

4、變材料之所以可以節(jié)能是因為在相變材料的物理狀態(tài)發(fā)生變化的過程中,會產(chǎn)生吸熱和散熱的效果,即在熱量轉(zhuǎn)換的過程中,相變材料的儲能結(jié)構(gòu)中會儲存一定的冷負荷,當(dāng)外界溫度降低的情況下,儲存的熱量分成兩個部分進行擴散,一部分釋放到室內(nèi),使建筑的冷負荷可以增加,余下的一部分釋放到室外,是室外建筑的冷負荷降低。由此可見,相變材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用可以使建筑物的 儲熱能力增加,實現(xiàn)了材料少,熱量多的優(yōu)勢,從而也可以實現(xiàn)建筑方面的節(jié)能功效。2.相變材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用2.1相變儲能墻板的應(yīng)用相變材料在建筑節(jié)能方面的應(yīng)用可以是多方面的。其中,相變材料在墻板中的應(yīng)用效果是比較顯著的。相變墻板的產(chǎn)生源于20世紀(jì)80年代

5、美國對于相變材料在建筑圍護中的研究。相變儲能墻板根據(jù)建筑材料的不同也有三種不同的形式,其一是在室內(nèi)的建筑中,將石膏板作為基礎(chǔ)材料應(yīng)用于外墻的內(nèi)壁上,可以使建筑室內(nèi)的溫度波動幅度有所減緩,如此可以保持室內(nèi)的溫度平衡,是室內(nèi)環(huán)境更加舒適。其二是可以將相變材料混入到混凝土中,將其作為建筑外墻的材料,可以使得室內(nèi)的溫度變化更加小。其三是通過保溫隔熱的材料生產(chǎn)出高性能的建筑保溫材料。相變墻板主要適用于建筑的圍護,在室內(nèi)溫度升高到相變儲能墻板的溫度范圍內(nèi)時,其中的相變材料就會發(fā)生相變過程,是室內(nèi)多余的熱量的以吸收;若是室內(nèi)的溫度偏低時,相變儲能墻板中的相變材料又會發(fā)生相變,釋放出一定的熱量,使室內(nèi)的溫度保

6、持在合適的范圍內(nèi)。相變材料的儲能特性使圍護結(jié)構(gòu)中進行傳熱的的行為大大減緩,而且由于相變材料融合了圍護結(jié)構(gòu)中的熱惰性,使室內(nèi)環(huán)境的舒適度不斷提高。在國內(nèi)外的建筑中,使用相變墻板可以使得溫度波的波幅發(fā)生改變,在第四氣候區(qū)甚至可以是其降低2-3攝氏度。相變儲能墻板 的使用在很大程度上可以代替機械制冷以及散熱的設(shè)備。2.2儲能混凝土的應(yīng)用在建筑方面相變材料應(yīng)用中,比較廣泛的是儲能混凝土。它是以復(fù)合相變材料為基礎(chǔ)制成的。將儲能混凝土運用于建筑節(jié)能方面,比普通的混凝土材料更加的牢固。它擁有普通混凝土材料不具備的熱容,還可以使室內(nèi)的溫度逐漸穩(wěn)定,從一定程度上說,儲能混凝土甚至可以改善室內(nèi)的熱舒適性,更加容易

7、達到節(jié)能的效果。在20世紀(jì)中期,一些專家對無機水合鹽類的相變材料進行了蓄熱能力測試,并且用紅外線光譜對其體系進行了分析。結(jié)果證明相變儲能混凝土有很大的開發(fā)價值。相變儲能混凝土產(chǎn)生于20世紀(jì)中后期,它最初是利用無機相變材料組成的。但是由于這類相變材料對于混凝土有一定的腐蝕作用,所以相關(guān)專家將脂肪酸類的有機相變材料融入其中,然后隨其進行直接浸泡,有效地解決了無機相變材料對混凝土的腐蝕作用,形成了相變儲能混凝土。其主要的形成過程是將相變材料與較大體積的混凝土進行混合,使得混凝土能夠運用到水工大體積混凝土結(jié)構(gòu)中。相變儲能混凝土是利用相變材料的儲能密度大,在相變過程中可以釋放和吸收熱量的特性。相變混凝土

8、可以使大范圍的混凝土內(nèi)部溫升速率降低,使峰值出現(xiàn)的時間得到緩和,還使得大體積混凝土內(nèi)部的降溫措施得以取消,既簡化了建筑施工的難度,還是建筑工程造價有所下降。但是目前,相變混凝土還處于研發(fā)中,具有一定的技術(shù)可行性,但是由于某些設(shè)備的不完 善,尚處于研究階段。2.3隔熱保溫材料的應(yīng)用相變材料還可以運用到日常的建筑材料中,使其具有一定的隔熱保溫效能。材料是建筑的基礎(chǔ),在材料中摻入相變材料,可以有效的降低能源的消耗,在一定程度上促進了國內(nèi)外經(jīng)濟的發(fā)展。所以,相變材料與普通材料的融合,保溫隔熱材料的產(chǎn)生是近年來建筑領(lǐng)域廣泛關(guān)注的課題。相變材料的融合可以是有機材料之間的融合,也可以是無機材料之間的融合,例

9、如,德國科學(xué)家曾將相變材料融合到微膠囊中,由于纖維膜材料材質(zhì)比較輕,彈性較大,且還有防震的特性,所以在將融合后的材料與纖維膜材料融合,就可以制成建筑用的隔熱保溫材料。研究表明,這種材料不僅可以增加纖維膜本身的蓄熱能力,還可以改善建筑物室內(nèi)的環(huán)境,降低能源的消耗。除此之外,美國專家還曾成功研制出用于建筑保溫的晶類相變材料。這種材料的溫度在一般情況下保持在23.3攝氏度,一旦溫度超過,晶類相變材料就會融化并且儲存熱量,當(dāng)溫度低于此溫度時,材料就會凝固成晶體,散發(fā)熱量。若是在墻板或是混凝土中融入此種材料,可以使室內(nèi)溫度保持在適宜的溫度?？傊?相變材料在建筑節(jié)能方面具有較多的優(yōu)勢,但相變儲能材料在某些

10、技術(shù)方面還存在不知。但是毋庸置疑,相變材料在建筑節(jié)能中的運用仍然在不斷擴大?；谙嘧儾牧显谑覂?nèi)的保溫方面的優(yōu)勢,相信在不久的將來,相變材料在建筑領(lǐng)域就會處于領(lǐng)先的地位。參考文獻： 1 劉芳，于航. 相變材料蓄能研究進展及其應(yīng)用j. 建筑熱能 通風(fēng)空調(diào). 2010(03 2 張亮,晏華，余榮升，陳淑蓮,張江.相變材料的研究進展及其 在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用綜述j. 材料開發(fā)與應(yīng)用. 2010(01 3 伍飛才，許遠榮，王道良. 用于建筑節(jié)能的相變材料種類及 其封裝方式j(luò). 墻材革新與建筑節(jié)能. 2010(03 4 劉星. 相變材料地板蓄能采暖方式的應(yīng)用探討j. 工程建 設(shè)與設(shè)計. 2010(03 5 魯輝,張雄,張永娟. 脂肪酸/膨脹珍珠巖/石蠟復(fù)合