相变材料在建筑节能中的应用

论相变材料在建筑节能中的应用【摘要】：随着建筑领域的不断发展，节能减排理念的不断深入，近年来，建筑节能逐渐成为人们关注的一个热点话题。在建筑节能设计中，相变材料在建筑节能中发挥了极其重要的作用。相变材料的储能密度很大，不仅可以使室内的温度保持在一定的范围内，而且还能有效的降低室内采暖制冷的消耗以及费用。为了更好的展现相变材料在建筑节能领域应用的优势，本文将对相变材料的发展历程以及节能原理进行一定的分析，并且探讨相变材料在建筑节能中的运用。【关键字】：相变材料；建筑；节能；应用中图分类号：te08文献标识码：a文章编号：1.相变材料1.1相变材料的概述通常情况下，在温度变化时，其本身的形态也会随之改变并且可以发挥潜热的材料称为相变材料，又被称为pcm。相变材料可以在一定的温度范围内改变其自身的物理状态，如可以由液态变为固态或固态变为液态，而且在形态改变的同时还会释放或是吸收大量的热量。一般，相变材料可以分为三类，即无机相变材料，有机相变材料以及复合相变材料。其中，无机相变材料主要包括金属或合金、结晶水合盐类和熔融盐类等等。而有机相变材料的主要成分是醋酸、石蜡和其他有机物。复合相变材料是在近年来逐渐兴起的，它避免了单一的无机相变材料和有机相变材料的缺点，在应用效果方面有了很大的改善，而且在建筑方面的应用范围也比单一的相变材料来的广泛。目前，复合相变材料的研制与生产已经引起了国内外学者的关注，是建筑领域的热点研究课题。1.2相变材料的现状及发展目前，相变材料在建筑领域已经占据了很大的地位。相变材料的研究是美国能源部太阳能公司发起的，最初的研究始于1981年，经过不断的研究，在1988年美国能量储存分派办公室将相变材料进行了推广。随着石膏板、墙板、混凝土构件在建筑方面的应用，相变材料也在不断地发展。近年来，相变材料的应用范围更加广泛，例如，将相变材料运用到轻型混凝土中，可以使室内的温度保持在一个适宜的范围内，减少了其他能源的使用以及消耗。而且，在国内，相变材料也逐渐得到了应用，极受广大客户的欢迎，相信在不久的将来，相变材料一定会应用到各处的建筑中。1.3相变材料节能原理相变材料之所以可以节能是因为在相变材料的物理状态发生变化的过程中，会产生吸热和散热的效果，即在热量转换的过程中，相变材料的储能结构中会储存一定的冷负荷，当外界温度降低的情况下，储存的热量分成两个部分进行扩散，一部分释放到室内，使建筑的冷负荷可以增加，余下的一部分释放到室外，是室外建筑的冷负荷降低。由此可见，相变材料在建筑领域的应用可以使建筑物的储热能力增加，实现了材料少，热量多的优势，从而也可以实现建筑方面的节能功效。2.相变材料在建筑节能中的应用2.1相变储能墙板的应用相变材料在建筑节能方面的应用可以是多方面的。其中，相变材料在墙板中的应用效果是比较显著的。相变墙板的产生源于20世纪80年代美国对于相变材料在建筑围护中的研究。相变储能墙板根据建筑材料的不同也有三种不同的形式，其一是在室内的建筑中，将石膏板作为基础材料应用于外墙的内壁上，可以使建筑室内的温度波动幅度有所减缓，如此可以保持室内的温度平衡，是室内环境更加舒适。其二是可以将相变材料混入到混凝土中，将其作为建筑外墙的材料，可以使得室内的温度变化更加小。其三是通过保温隔热的材料生产出高性能的建筑保温材料。相变墙板主要适用于建筑的围护，在室内温度升高到相变储能墙板的温度范围内时，其中的相变材料就会发生相变过程，是室内多余的热量的以吸收；若是室内的温度偏低时，相变储能墙板中的相变材料又会发生相变，释放出一定的热量，使室内的温度保持在合适的范围内。相变材料的储能特性使围护结构中进行传热的的行为大大减缓，而且由于相变材料融合了围护结构中的热惰性，使室内环境的舒适度不断提高。在国内外的建筑中，使用相变墙板可以使得温度波的波幅发生改变，在第四气候区甚至可以是其降低2-3摄氏度。相变储能墙板的使用在很大程度上可以代替机械制冷以及散热的设备。2.2储能混凝土的应用在建筑方面相变材料应用中，比较广泛的是储能混凝土。它是以复合相变材料为基础制成的。将储能混凝土运用于建筑节能方面，比普通的混凝土材料更加的牢固。它拥有普通混凝土材料不具备的热容，还可以使室内的温度逐渐稳定，从一定程度上说，储能混凝土甚至可以改善室内的热舒适性，更加容易达到节能的效果。在20世纪中期，一些专家对无机水合盐类的相变材料进行了蓄热能力测试，并且用红外线光谱对其体系进行了分析。结果证明相变储能混凝土有很大的开发价值。相变储能混凝土产生于20世纪中后期，它最初是利用无机相变材料组成的。但是由于这类相变材料对于混凝土有一定的腐蚀作用，所以相关专家将脂肪酸类的有机相变材料融入其中，然后随其进行直接浸泡，有效地解决了无机相变材料对混凝土的腐蚀作用，形成了相变储能混凝土。其主要的形成过程是将相变材料与较大体积的混凝土进行混合，使得混凝土能够运用到水工大体积混凝土结构中。相变储能混凝土是利用相变材料的储能密度大，在相变过程中可以释放和吸收热量的特性。相变混凝土可以使大范围的混凝土内部温升速率降低，使峰值出现的时间得到缓和，还使得大体积混凝土内部的降温措施得以取消，既简化了建筑施工的难度，还是建筑工程造价有所下降。但是目前，相变混凝土还处于研发中，具有一定的技术可行性，但是由于某些设备的不完善，尚处于研究阶段。2.3隔热保温材料的应用相变材料还可以运用到日常的建筑材料中，使其具有一定的隔热保温效能。材料是建筑的基础，在材料中掺入相变材料，可以有效的降低能源的消耗，在一定程度上促进了国内外经济的发展。所以，相变材料与普通材料的融合，保温隔热材料的产生是近年来建筑领域广泛关注的课题。相变材料的融合可以是有机材料之间的融合，也可以是无机材料之间的融合，例如，德国科学家曾将相变材料融合到微胶囊中，由于纤维膜材料材质比较轻，弹性较大，且还有防震的特性，所以在将融合后的材料与纤维膜材料融合，就可以制成建筑用的隔热保温材料。研究表明，这种材料不仅可以增加纤维膜本身的蓄热能力，还可以改善建筑物室内的环境，降低能源的消耗。除此之外，美国专家还曾成功研制出用于建筑保温的晶类相变材料。这种材料的温度在一般情况下保持在23.3摄氏度，一旦温度超过，晶类相变材料就会融化并且储存热量，当温度低于此温度时，材料就会凝固成晶体，散发热量。若是在墙板或是混凝土中融入此种材料，可以使室内温度保持在适宜的温度。总之，相变材料在建筑节能方面具有较多的优势，但相变储能材料在某些技术方面还存在不知。但是毋庸置疑，相变材料在建筑节能中的运用仍然在不断扩大。基于相变材料在室内的保温方面的优势，相信在不久的将来，相变材料在建筑领域就会处于领先的地位。参考文献：[1]刘芳，于航.相变材料蓄能研究进展及其应用[j].建筑热能通风空调.2010(03)[2]张亮,晏华，余荣升，陈淑莲,张江.相变材料的研究进展及其在建筑领域的应用综述[j].材料开发与应用.2010(01)[3]伍飞才，许远荣，王道良.用于建筑节能的相变材料种类及其封装方式[j].墙材革新与建筑节能.2010(03)[4]刘星.相变材料地板蓄能采暖方式的应用探讨[j].工程建设与设计.2010(03)[5]鲁辉,张雄,张永娟.脂肪酸/膨胀珍珠岩/石蜡复合相变材料的制备及其在建筑节能中的应用[j].新型建筑材料.2010(02)[6]吕知梅,于军强,裴丽霞,张立志.空调蓄冷相变材料的最新研究[j].材料导报.2010(01)[7]陈宝春.相变材料的基本理论及其在建筑节能领域的应用[j].新型建筑材料.2009(02)注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。