膨胀珍珠岩基体相变储能材料性能研究

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1、膨胀珍珠岩基体相变储能材料性能研究第1章绪论1.1课题背景及选题意义能源是人类生存和发展的生命线，直接关系到国家的安全，工业的生产，经济的发展以及社会的进步，随着人类社会的发展和科学技术的进步，人类对能源的需求不断增长。作为三大传统不可再生资源的煤、石油和天然气已呈现出相当大的供给压力，所以新型节能材料的研究与应用迫在眉睫，而热能存储技术已逐渐成为能源研究的重要方面。因此，储能材料的研究与应用具有重要的现实意义。在当下，我国建筑能耗相当大，约占全国总能耗的33%，近几年来，随着人民生活质量的不断提高，因采暖

2、、通风和空调用能的急剧增加而使建筑总能耗迅猛增长，使得电力资源供应急剧短缺，造成局部停电现象时有发生，导致大部分电网设备超负荷运行，解决能源供给问题是当务之急。相变储能材料是一种具有良好发展前景的新型建筑节能材料，它的原理是通过相变储能材料的固、液、气三种物相之间相互变换来储存和释放热量来调节温度效果的，在相变过程中近似是等温的。相变储能材料的研究与应用会大大降低空调等设备的能耗，从而减少环境污染和温室效应，其应用前景和发展潜力相当广泛和实用。1.2相变储能材料的国内外研究现状综述我国在相变储能材料理论研究

3、方面起步较晚，开发应用的总体实力还相当薄弱。目前我国既有建筑中高能耗建筑高达95%以上，而且这些高能耗建筑中都没有考虑到相变储能技术的应用来节约能耗。清华大学张寅平[1-5]教授是我国研究相变材料的先驱，对我国相变技术的发展起了巨大推动作用。研究了包括复合相变材料的制备以及热工性能测试等基础性工作，同时在相变墙体应用中深化了理论研究。为了分析在我国不同地区测试夏季型相变墙体的不同性能指标，他还建立了关于分析夏季结合夜间通风的相变墙体热性能的理论模型，并总结提出在新疆地区应用相变储能材料效果较好。沈阳建筑大学

4、冯国会[6]等通过浸泡法制备了复合相变储能材料，在东北地区气候条件下进行相变房间测试。由于相变房间中复合相变材料的作用，在供电波谷期时，可使热量储存在相变材料中，而到了供电高峰时段相变材料可释放其潜热。这样不仅仅减轻了白天空调等设备的负荷，也大大缓解了供电高峰期电网等设备的压力，并且可以有效地减少空调等设备的规模，具有相当不错的经济效益。丁建红[7]等人通过实验将不同种类的添加剂如硅石粉、石墨、硅藻土、碳酸钙等加入定形相变储能材料中，并控其添加量的条件下进行了导热系数定量分析，实验结果显示：添加石墨时，导热

5、系数最大，并且当石墨添加量达到20%时，定形相变储能材料导热系数增大221%。最后通过拟合实验所得的数据，得到了一组关于定形相变储能材料的有效导热系数与添加石墨的质量分数的拟合关系式。王岐东[8]等分别将相变材料相变石蜡和硬脂酸丁酯加入载体材料石膏中制备了相变储能石膏板。然后对其热物性、渗透性、耐久性等各项技术参数进行测试。实验结果显示：在夏季，当相变储能石膏板中含有22%的相变石蜡时，其相变温度与室内舒适温度相近；在冬季，当相变储能石膏板中含有22%的硬脂酸丁酯时，其相变温度与室内舒适温度相拉近。相比于普

6、通石膏板而言，相变储能石膏板具有很好的控温性能。第2章相变储能材料的分析2.1相变储能材料的分类目前关于相变储能材料的类别划分有多种形式，从相变过程中相变材料呈现不同的物相可划分为：固-固相变储能材料，固-液相变储能材料，固-气相变储能材料，液-气相变储能材料；依据相变材料相变温度范围可分为：高于250℃的高温相变储能材料，100℃-250℃的中温相变储能材料，低于100℃的低温相变储能材料；按相变储能材料组成成分可分为：无机相变储能材料，有机相变储能材料，复合相变储能材料。目前，大部分研究都集中在固-固相

7、变储能材料和固-液相变储能材料。而固-气相变储能材料和液-气相变储能材料相变过程中有气体参与，这会使相变储能材料体积变化巨大，导致无法在实际应用发挥作用。因此这类相变储能材料基本不作研究。固-固相变储能材料主要是在相变的过程中通过晶体结构的变化来储存和释放热量的，而且在相变过程中没有液体产生，因此不用考虑复杂的防渗问题。固-固相变储能材料还有以下优点：相变过程体积变化很小，无毒无腐蚀，过冷度小，寿命期长等。它是一种具有广阔发展前景的相变储能材料，主要由多元醇类、无机盐类、高分子类组成。2.2相变储能材料的筛

8、选相变储能材料研究的核心内容是其独有的控温性能，所以它的热物性能应重点考虑，这决定着其节能效果和应用前景。相变储能材料筛选原则有以下几个方面：⑴热物性能：合适的相变温度，能随应用场所的不同而不同；较大的相变潜热，能达到较好的控温效果；适宜的导热系数。⑵化学性能：相变可逆性好，能经久耐用；过冷度小，基本无相分离现象，保证相变潜热充分利用；无毒无腐蚀，安全稳定。⑶物理性能：密度较大，体积膨胀小，低蒸汽压。⑷经济性能：