建筑用相变储能混凝土材料的制备和力学性能_卢倩.pdf
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1、第 12 卷 第 3 期2023 年 3 月Vol.12 No.3Mar.2023储能科学与技术Energy Storage Science and Technology建筑用相变储能混凝土材料的制备和力学性能卢倩(郑州城市职业学院建筑工程学院,河南 郑州 450000)建筑行业涉及居民生活出行、社会生产和安全保障等方面,对国家发展的意义重大。由于建筑行业的能耗一直位于我国各行业的前列,在可持续发展战略下进行建筑行业节能减排势在必行。在建筑储能材料中,相变材料会在周边温度高于材料相变温度时,吸收热量并等待周围温度低于材料相变温度时进行能量释放,通过温度调节达到节能减排的效果。因此,相变储能混凝
2、土的性能和制备方式成为学者们研究的重点,文章对建筑用储能混凝土的材料制备与力学性能研究进行了深入分析,通过对其性能的研究在现有基础上优化制备流程,可以进一步提高相变混凝土的储能性能。1 相变材料的选择虽然科研人员对相变材料的研究分为固体之间、固液之间、固气之间和气液之间四种,但是整体实用性最高的是固液转变的相变材料。这类相变材料主要包括结晶水合盐、石蜡和醇类。结晶水合盐会在脱水和结晶过后才能够进行能量吸收利用,材料相变温度在100以内,属于建筑物常见温度范围,且材料体积便于携带,价格适中,是建筑地暖领域的环保材料。石蜡材料在储能过程中具有潜热能力高、过冷无析出的性能,且材料整体性能稳定,无毒无
3、害无腐蚀,价格成本较低,在固液材料中储能效果较为理想,但是仍然有与混凝土相容性较差的情况。醇类材料的相变储能在温度、潜热和过冷方面的表现都较好,且对环境的污染很低,其中的聚乙二醇在批量生产下,成本已经下降到建筑企业可以接受的程度。建筑工程量庞大,不同部分的储能和温度需求不同,单一相变材料已经不能满足建筑行业日益复杂的需求。多种材料按照不同比例进行复合,可得到满足更多范围温度要求的多元相变材料。从目前的研究成果来看,在硝酸盐型相变材料之间进行混合得到的复合材料的熔点和焓变值覆盖的温度范围更广。不同结晶水合盐复合形成的共晶水合盐其稳定性相比单一水合盐更具备优势,且复合物表现出来的物理性质更适合建筑
4、行业。为更适应室内温度变化,石蜡、脂酸类材料在不同的比例下进行混合,可以得到热物理参数与室内环境更匹配的固液相变储能材料。在脂酸类材料中,癸酸、月桂酸和棕榈酸混合后的相变储能材料适用范围更广,材料价格更加实惠。2 相变材料封装定形早期建筑行业经常使用芒硝混凝土,但在越来越多的实践中,发现芒硝的腐蚀性更强,用于建筑中不利于后续整体的稳定。固液相变材料在液体状态下流动性更强,腐蚀性材料也与建筑材料无法融合,且各个类型中都存在一些导热效果不佳的相变材料,所以简单将相变材料与工程材料进行混合的材料制备方法是不可取的。在建筑中选择储能混凝土的基体相变材料时,需要注意满足几点要求:封装材料在保证混凝土与相
5、变材料无法相互反应的前提下,需要具备材料相容性;封装材料的力学性能要支持相变材料在与混凝土进行由固态到液态的物理转变时进行协调变形;封装材料要具备保证相变材料液化后不构成大量泄漏的密封性;封装材料要具备保证相变材料与混凝土结合后储能控温更平稳的导热性。现实中较为常见的封装定形技术包括多孔基体吸附法、相变微胶囊、大体积及纳米复合技术封装这四类。每种方法都各有优势,适应的场景不同。但是多孔基体吸附法相较而言在制作工艺、成本和融合效果这些方面都更有优势。2.1多孔基体吸附法建筑常用的固液转变相变材料在液体状态时流动性较强,选择孔隙较多的材料作为基体,与液化相变材料充分混合后,就可以得到复合相变材料,
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