相变材料

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相变材料

• 无机相变
  • 优缺点
    • 优点
      • 相变潜热值大 储热密度高 导热系数高 相变温度范围窄 不燃 价格低廉 工业易得
    • 缺点
      • 相分离 过冷度大 腐蚀性强
  • 主要材料
    • 碱及碱土金属的氯化物
    • 硝酸盐
    • 磷酸盐
    • 碳酸盐
    • 醋酸
• 有机相变
  • 优缺点
    • 优点
      • 相变潜热值大 无腐蚀 无过冷 无分层
    • 缺点
      • 导热性差 价格高 燃烧 高温易分解
  • 主要材料
    • 石蜡
      • 问题
        • 在固-液相变时易发生渗漏及导热性能差
      • 解决方法
        • 通过将石蜡与不同高导热材料复合，可以大大提高该复合相变材料的导热性能，且不会发生泄漏。
          • 泄露
            • 宏观封装
              • 概念
                • 将相变材料封装到不同形状和尺寸的外壳中，使相变材料免受外界环境 影响。
              • 优点
                • 一、最大程度地保证相变材料自身特有的热物理性能，避免复合相变材料潜热降低的问题
                • 二、不需要考虑封装材料对相变材料的吸附能力，宏观封装材料容积更具备优势
                • 总结
                  • 采用宏观封装的储能材料储能密度更大、储能效果更佳
              • 缺点
                • 对于材料盛装容器的依赖性较强，且将其应用于建筑中时受建筑本身结构影响较大。
            • 微胶囊封装
              • 概念
                • 是将固体石蜡颗粒或石蜡液滴包覆在均匀或非均匀基质中
              • 分装结构
                • 壳结构
                  • 主要由有机、无机或复合材料组成，作为壁材
                • 核结构
                  • 要由相变材料石蜡组成，作为芯材
              • 封装方法
                • 物理方法
                • 主要是化学方法
              • 多孔材料吸附
                • EG
                  • 主要以 EG 和剥离纳米石墨薄片的形式出现
                • 硅藻土、膨润土、膨胀珍珠岩
          • 导热性能
            • 添加不同种类高导热材料
              • 碳纳米纤维 、碳纳米管
                • Fukai 等的研究表明，添加碳纳米纤维( 体积分数为 2. 0%) 可将石蜡的导热系数提高 6 倍。
                • Wang 等研究发现，2. 0%的多壁碳纳米管添加至固相和液相石碏中，可分别将石蜡的导热系数提高约 35. 0%和 40. 0%。
              • 石墨烯/石墨纳米薄片、金属及其氧化物颗粒等
                • Jesumathy 等研 究 发 现，10. 0% 的Al2O3和 CuO 纳米颗粒分散添加在石蜡中，石蜡的导热系数分别提高了 6. 0%和 13. 0%
                • Wu 等将 1. 0%的 Al 和Cu 纳米颗粒添加至石蜡中，液相石蜡的导热系数分别增 加了 17. 00%和 11. 32%，固相石蜡的导热系数分别增加了 10. 0%和 7. 74%。
            • 使用不同种类无机化合物
              • 优点
                • 由于一些无机化合物如 CaCO3、SiO2 等具有较高的导热系数，因此将其与石蜡结合制得的复合相变材料不仅可以防止液态石蜡渗漏，而且可以提高石蜡的导热系数
              • 多壁碳纳米管
                • 液体40固体35
            • 浸入不同种类多孔导热材料
              • 将石蜡浸渍在多孔导热材料中，例如多孔碳基材料、多孔金属骨架材料等
                • 孔隙率为 47. 0%的铜粉烧结框架对纯石蜡的导热系数提高最大，达 781. 5 倍
          • 案例
            • 一、以水玻璃为前驱体，采用化学沉淀法制备了石蜡 /SiO2 复合相变材料
            • 二、以聚乙烯为支撑材料制备了定形相变材料，探究了材料中石蜡掺混比例的临界值，并将定形相变材料与混凝土掺混，
            • 三、使用陶粒吸附石蜡，并将其应用于轻骨料混凝土中
            • 四、采用分层施工的方法，将石蜡微胶囊外墙保温砂浆和普通砂浆分别施工于 两房间外墙表面
      • 相关概念
        • 石蜡一般为直链烷烃的混合物，可用化学式 CnH2 n +2表示
          • n 为 1～4 时，石蜡在室温下是以气态存在的纯烷烃;
          • n 为 5～17 时，石蜡在室温下为液态;
          • n 大于17 时，石蜡在室温下以蜡状固体形式存在
      • 一些得出的结论
        • 相比于纯石蜡，高导热材料的加入能大大缩短蓄/放热时间
        • 将相变材料应用于墙体对于减小墙体温度波动有积极效果
      • 总结展望
        • 一、探索吸附效果及导热增强效果更好的高导热吸附材料，并研究它们与石蜡之间最佳的配比，使其能大幅度提高石蜡复合相变材料的导热性能，同时保持或增加石蜡的相变潜热 二、 提高建筑材料在加入相变材料后的强度及耐久性，使其可以更好地应用于实践中。 三、 针对不同地区实际气候情况，研究如何更好地将石蜡类相变储能材料应用到当地建筑结构中。 四、研究复合相变材料在建筑结构的不同使用位置对室内热环境的影响，确保其安全性、可靠性和实用性。
    • 醇
    • 脂肪酸
    • 高级烷烃
• 测试
  • 方法
    • 参比温度法 T-history method
    • 动态热流计法 DHFM
  • 仪器
    • 差式扫描量热仪
    • 差热分析仪
  • 测试数据
    • 相变温度
    • 相变潜热热惰性耐冷热循环次数
    • 应用性能
    • 价格
  • 所需标准
    • 建筑材料相变调温性能测试方法
      • JC/T 2111-2012