相變儲能保溫建筑材料制備及性能評價

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摘要：考慮到建筑材料要求無毒、不易燃、無腐蝕，有較好的相變可逆性，且相變潛熱大，原料易得價格便宜的特點，筆者用石蠟做儲能物質，相變溫度30℃，與交聯高密度聚乙烯復合制備了一種定形復合相變材料石蠟/交聯高密度聚乙烯復合相變材料，與普通建筑材料結合可制成能夠調節溫度、儲蓄熱能的建筑材料。

關鍵詞：相變儲能；建筑材料；石蠟；交聯高密度聚乙烯

在建筑中利用相變儲能材料，要考慮一下幾個方面：（1）材料的相變溫度要與建筑設計溫度差別不大，否則儲能材料無法發揮保溫作用；（2）成本問題，制作相變儲能保溫建筑材料的原材料是否廉價易得直接關系到材料能否被選用；（3）無毒、不易燃、不揮發，建筑是人類長時間活動的處所，因此建筑材料關系人類安全；（4）材料的相變性，關系著建筑的保溫性能。本文采用石蠟做儲能物質，石蠟是石油副產品，具有價格便宜、易得的特點，其化學穩定性好，自成核，沒有相分離和腐蝕性，相變溫度為30℃與人類適宜居住溫度相類似，適宜做保溫建筑材料的原材料。采用熔融共混方法制備石蠟/交聯高密度聚乙烯復合相變材料，并對復合材料進行表征與測試，評價復合材料的性能。

1石蠟/交聯高密度聚乙烯定形相變儲能保溫建筑材料的制備

1.1原料配比及儀器

石蠟：熔點為30℃左右；交聯高密度聚乙烯，密度為943～0.497g/cm3，熔點約為130℃，熔體流動速率為1.0～1.5g/1min；石墨：四［β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸］季戊四醇酯（抗氧劑1010）：純度大于98.0%。儀器有：電爐真空干燥箱，熱重分析儀，差示掃描量熱儀，導熱分析儀。

1.2石蠟/交聯高密度聚乙烯復合材料的制備

將交聯高密度聚乙烯和石蠟混合物在170℃攪拌，使其全部熔融，且混合均勻。加入微量抗氧劑，以防止石蠟和交聯高密度聚乙烯的熱氧化降解。在混合物中加入10%的石墨，170℃持續攪35min，使其均勻混合。將混合物置于直徑0.5cm的球形模具中，成型后在空氣中冷卻，脫模后得到石蠟/交聯高密度聚乙烯復合材料。1.3石蠟/交聯高密度聚乙烯定形相變儲能保溫建筑材料的制備將水泥、粉煤灰、增塑劑和減水劑攪拌3min，攪拌均勻后加入適量的水，繼續攪拌，并加入已制備的石蠟/交聯高密度聚乙烯復合物。充分攪拌均勻后制得相變儲能保溫砂漿，將其倒入預先做好的模磨具中，在適宜溫濕度下養護2個星期后，制得相變儲能保溫建筑材料。制備對照組用于測試，用上述方法制備不含石蠟/交聯高密度聚乙烯復合物的普通保溫建筑材料。利用上述板材制備相變儲能保溫箱體和普通保溫箱體各1個，大小均為30cm×30cm×30cm，壁厚為3cm，以備檢測用。

2石蠟/交聯高密度聚乙烯定形相變儲能保溫建筑材料的測試

2.1測試方法

自制測試裝置，將相變儲能保溫箱體和普通保溫箱置于溫度人工可控的智能調溫箱中，在相變儲能保溫箱體和普通保溫箱中放入熱電偶探測箱內溫度，并連接計算機實時記錄。測試條件：控制溫度在5h內從10℃均勻升溫到55℃，然后在14h內均勻降到10℃，循環3次，記錄兩個箱體中的溫度變化。

2.2測試結果

測試結果發現加入相變儲能保溫材料的保溫箱當環境溫度達到甚至高于相變點時，相變材料由于相變潛熱，開始吸收熱量，從而箱內溫度比普通保溫箱體內溫度升溫慢。而當環境溫度由高溫開始降溫并達到甚至低于相變點時，相變材料發生相變而放出熱量，從而保持相變儲能保溫箱比普通保溫箱體降溫慢，因此加入相變儲能保溫材料的保溫箱調溫效果好。測試結果可以看出，相變儲能保溫箱體的波動遠小于普通保溫板箱，對提高人體舒適度起到很好的效果，加入石蠟/交聯高密度聚乙烯定形相變儲能保溫材料的建筑材料具有顯著的調溫性能。

3討論

在水泥中加入復合材料制成的保溫箱，相比于未曾添加復合材料的水泥制成的保溫箱，當環境溫度大于石蠟/交聯高密度聚乙烯復合材料的相變溫度時，隨著定型相變材料摻量的增加，由于相變潛熱總量的增加、吸收熱量增多而使樣板表面溫度下降；當環境溫度低于石蠟/交聯高密度聚乙烯復合材料的相變溫度時，由于相變材料儲能多、放熱量大而使樣板表面溫度略有上升。充分證明了相變儲能材料有顯著的調溫控溫和均溫效果。

4結論

通過實踐實驗以及本文中對實驗結果的分析和討論可知：石蠟/交聯高密度聚乙烯定形相變儲能保溫建筑材料具有優良的保溫隔熱性、相變儲能性以及減小內部溫度波動的性能，達到了建筑節能的效果，對社會有環保的意義。根據石蠟/交聯高密度聚乙烯定形相變儲能保溫建筑材料所具有的一系列功能和特性，我們可以得出其材料的主要應用如下：涂抹于建筑物內墻、外墻表面作內墻保溫層和外墻保溫層；可儲存和利用太陽能，有效調節和改善建筑物室內溫度，為住宅居民提供舒適的居住條件。

作者:劉蘭 楊建華 單位:江蘇城鄉建設職業學院

參考文獻：

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