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复合相变材料的制备及在建筑中的应用

2016-11-04 00:20:47来源:阅读数:1253


随着经济的发展,全球对能源的需求日益增大,全球能源危机不断加剧。在持续增大的总能耗之中,建筑能耗约占总能耗的30%。建设部科技司的研究结果表明,我国建筑能耗的总量在能源总消费量中所占的比例已从上世纪70年代末的10%,上升到近年的27.5%,而且随着我国城镇化的发展,人民生活水平的提高,建筑用能还在以每年1个百分点的速度增加。按照这样的发展趋势,建筑已成为国民经济中能源消费增长最快的部门,建筑能耗占全国总能耗的比例,最终还将上升至35%,建筑耗能已经成为我国经济发展的软肋。因此,抓紧建筑节能技术研究,开发研制及应用节能材料,减缓建筑... 随着经济的发展,全球对能源的需求日益增大,全球能源危机不断加剧。在持续增大的总能耗之中,建筑能耗约占总能耗的30%。建设部科技司的研究结果表明,我国建筑能耗的总量在能源总消费量中所占的比例已从上世纪70年代末的10%,上升到近年的27.5%,而且随着我国城镇化的发展,人民生活水平的提高,建筑用能还在以每年1个百分点的速度增加。按照这样的发展趋势,建筑已成为国民经济中能源消费增长最快的部门,建筑能耗占全国总能耗的比例,最终还将上升至35%,建筑耗能已经成为我国经济发展的软肋。因此,抓紧建筑节能技术研究,开发研制及应用节能材料,减缓建筑能耗的增长速度是建筑节能的根本途径,对于促进我国建筑业持续健康发展,加快建设资源节约型、环境友好型社会具有重要的意义。
   传统的建筑节能材料主要采用对内外墙保温隔热从而降低能量的消耗,这远远不能满足当前建筑节能的要求。一方面,目前用的节能建材虽然有一定的保温效果,但无法满足人们对环境温度舒适度的要求;另一方面,传统的节能建材由于材料本身的热容量有限,不能充分地将能量进行储存利用,保温效果有限,无法从根本上防治能量的流失,因而限制了建筑节能的能力。
   相变材料(PCM-Phase Change Material)是指随温度变化而改变其物理形态并能提供潜热的物质。相变储能材料在其本身发生相变的过程中,可以吸收环境的热(冷)量,并在需要时向环境放出热(冷)量,从而达到控制周围环境温度的目的。利用相变材料在发生相变时可以吸收或者放出热量的性能,应用于建筑内控制室内的温度,从而达到节能和改善环境舒适度的目的,是当前建筑节能领域研究的热点之一。本论文总结了国内外相变材料的制备和应用技术,论述了相变材料的基本概念、原理、类型以及发展历史和现状,分析了各种相变材料的优缺点,并且阐述了复合相变材料的相关理论基础。
   本论文根据复合相变材料的理论,设计了以石蜡和石墨为原料,制备复合相变材料的实验方法,选用工业级的国产石蜡和石墨,先经高温膨化制备膨胀石墨,再将液体石蜡与膨胀石墨按比例进行混合,保持60℃的温度条件下,反应5小时,抽滤晾干后便得石蜡-膨胀石墨复合相变材料。
   本研究制备的复合相变材料,用电子显微镜和差示扫描量热分析等进行热性能测试,结果表明石蜡-膨胀石墨复合相变材料的相变热为171.36J/g,与纯相变石蜡差别不大,其传热性能有所增加,较好地提高了相变材料的热效率和应用效果。同时还研究了膨胀石墨/石蜡复合相变材料制备石膏板建筑材料,并进行了彩钢板组合的模拟比较试验,发现所制备的相变石膏板具有较好的储能效果。
   本文在分析当前相变材料的制备及其在建筑中应用的现状的基础上,研究了以石墨和石蜡为原料制备复合相变材料,并把制备出的复合相变材料应用建材,制成相变石膏板,取得了初步的成果。但是相变材料,尤其是复合相变材料的制备以及在建筑中的应用,仍然处于发展过程。仍然存在许多亟待研究解决的问题,归纳起来本项目主要有以下几方面的展望:
   1、本论文只对石墨/石蜡复合相变材料的制备和应用做了初步研究,今后需进一步增加复合相变材料的种类,开发出更多有机、无机复合相变材料。同时,在应用技术上不仅研究石膏板,还要进一步研究相变天花板相变门窗等,拓宽应用范围。
   2、影响相变材料在建筑中的应用的主要原因之一是制造成本和运行成本。今后需进一步开展更加廉价产品的开发,并且寻求更加经济的运行方式,提高复合相变材料的应用效果。
   3、加强复合相变材料在实际建筑中的应用,在现有研究成果的基础上,推广应用到小区建筑物进行示范。这方面的工作在我国北方部分城市已经取得了一定的经验,但在我国的南方,如广东,仍然处于初步阶段。今后,在进一步完善本项目的研究工作的同时,实施工业化生产,推广应用到小区建筑中,并且建立科学的、合理的评价体系,让复合相变材料储能这一新的节能技术,惠及子孙后代。

目录概览

复合相变材料的制备及在建筑中的应用 目次

封面

文摘

英文文摘

作者简介

+

第一章 绪论

1.1 课题的背景及意义

+

1.2 相变材料

1.2.1 相变材料的定义

1.2.2 相变材料的历史和现状

1.2.3 目前相变材料研究的共性问题

+

1.3 相变材料在建筑中的应用

1.3.1 建筑用相变材料

1.3.2 相变材料与建筑物的结合技术

1.3.3 相变材料在建筑中应用的形式

1.4 本文的主要研究内容

1.5 本文的主要研究路线

+

第二章 复合相变材料制备机理

2.1 复合相变材料

2.2 复合相变材料的基质

2.3 复合相变材料的热性能预测

+

2.4 复合相变材料的制备方法

2.4.1 共混法

2.4.2 浸渍法

2.4.3 微胶囊法

+

第三章 膨胀石墨石蜡复合相变储能材料的制备与性能

3.1 引言

+

3.2 实验部分

3.2.1 实验材料

3.2.2 实验仪器

3.2.3 试验方法

+

3.3 膨胀石墨石蜡复合材料的制备

3.3.1 热处理条件对膨胀石墨的影响

3.3.2 膨胀石墨对石蜡的吸附

+

3.4 膨胀石墨相变复合材料的性能研究

3.4.1 膨胀石墨相变复合材料的表面形貌

3.4.2 膨胀石墨相变复合材料的热性能

3.4.3 膨胀石墨相变复合材料的储热放热性能

3.5 本章小结

+

第四章 膨胀石墨/石蜡复合相变储能材料在建筑中的应用初探

4.1 引言

+

4.2 实验部分

4.2.1 实验材料

4.2.2 实验仪器

4.2.3 膨胀石墨/石蜡相变石膏板的制备

4.2.4 膨胀石墨/石蜡相变石膏板的性能测试

+

4.4 膨胀石墨/石蜡相变石膏板的性能研究

4.4.1 膨胀石墨/石蜡相变石膏板的形貌

4.4.2 膨胀石墨/石蜡相变石膏板的储热效应

4.5 本章小结

+

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献


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