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      復合相變材料的制備及在建筑中的應用

      2016-11-04 08:20:49 來源: 閱讀數:1378

      隨著經濟的發展,全球對能源的需求日益增大,全球能源危機不斷加劇。在持續增大的總能耗之中,建筑能耗約占總能耗的30%。建設部科技司的研究結果表明,我國建筑能耗的總量在能源總消費量中所占的比例已從上世紀70年代末的10%,上升到近年的27.5%,而且隨著我國城鎮化的發展,人民生活水平的提高,建筑用能還在以每年1個百分點的速度增加。按照這樣的發展趨勢,建筑已成為國民經濟中能源消費增長最快的部門,建筑能耗占全國總能耗的比例,最終還將上升至35%,建筑耗能已經成為我國經濟發展的軟肋。因此,抓緊建筑節能技術研究,開發研制及應用節能材料,減緩建筑... 隨著經濟的發展,全球對能源的需求日益增大,全球能源危機不斷加劇。在持續增大的總能耗之中,建筑能耗約占總能耗的30%。建設部科技司的研究結果表明,我國建筑能耗的總量在能源總消費量中所占的比例已從上世紀70年代末的10%,上升到近年的27.5%,而且隨著我國城鎮化的發展,人民生活水平的提高,建筑用能還在以每年1個百分點的速度增加。按照這樣的發展趨勢,建筑已成為國民經濟中能源消費增長最快的部門,建筑能耗占全國總能耗的比例,最終還將上升至35%,建筑耗能已經成為我國經濟發展的軟肋。因此,抓緊建筑節能技術研究,開發研制及應用節能材料,減緩建筑能耗的增長速度是建筑節能的根本途徑,對于促進我國建筑業持續健康發展,加快建設資源節約型、環境友好型社會具有重要的意義。
         傳統的建筑節能材料主要采用對內外墻保溫隔熱從而降低能量的消耗,這遠遠不能滿足當前建筑節能的要求。一方面,目前用的節能建材雖然有一定的保溫效果,但無法滿足人們對環境溫度舒適度的要求;另一方面,傳統的節能建材由于材料本身的熱容量有限,不能充分地將能量進行儲存利用,保溫效果有限,無法從根本上防治能量的流失,因而限制了建筑節能的能力。
         相變材料(PCM-Phase Change Material)是指隨溫度變化而改變其物理形態并能提供潛熱的物質。相變儲能材料在其本身發生相變的過程中,可以吸收環境的熱(冷)量,并在需要時向環境放出熱(冷)量,從而達到控制周圍環境溫度的目的。利用相變材料在發生相變時可以吸收或者放出熱量的性能,應用于建筑內控制室內的溫度,從而達到節能和改善環境舒適度的目的,是當前建筑節能領域研究的熱點之一。本論文總結了國內外相變材料的制備和應用技術,論述了相變材料的基本概念、原理、類型以及發展歷史和現狀,分析了各種相變材料的優缺點,并且闡述了復合相變材料的相關理論基礎。
         本論文根據復合相變材料的理論,設計了以石蠟和石墨為原料,制備復合相變材料的實驗方法,選用工業級的國產石蠟和石墨,先經高溫膨化制備膨脹石墨,再將液體石蠟與膨脹石墨按比例進行混合,保持60℃的溫度條件下,反應5小時,抽濾晾干后便得石蠟-膨脹石墨復合相變材料。
         本研究制備的復合相變材料,用電子顯微鏡和差示掃描量熱分析等進行熱性能測試,結果表明石蠟-膨脹石墨復合相變材料的相變熱為171.36J/g,與純相變石蠟差別不大,其傳熱性能有所增加,較好地提高了相變材料的熱效率和應用效果。同時還研究了膨脹石墨/石蠟復合相變材料制備石膏板建筑材料,并進行了彩鋼板組合的模擬比較試驗,發現所制備的相變石膏板具有較好的儲能效果。
         本文在分析當前相變材料的制備及其在建筑中應用的現狀的基礎上,研究了以石墨和石蠟為原料制備復合相變材料,并把制備出的復合相變材料應用建材,制成相變石膏板,取得了初步的成果。但是相變材料,尤其是復合相變材料的制備以及在建筑中的應用,仍然處于發展過程。仍然存在許多亟待研究解決的問題,歸納起來本項目主要有以下幾方面的展望:
         1、本論文只對石墨/石蠟復合相變材料的制備和應用做了初步研究,今后需進一步增加復合相變材料的種類,開發出更多有機、無機復合相變材料。同時,在應用技術上不僅研究石膏板,還要進一步研究相變天花板相變門窗等,拓寬應用范圍。
         2、影響相變材料在建筑中的應用的主要原因之一是制造成本和運行成本。今后需進一步開展更加廉價產品的開發,并且尋求更加經濟的運行方式,提高復合相變材料的應用效果。
         3、加強復合相變材料在實際建筑中的應用,在現有研究成果的基礎上,推廣應用到小區建筑物進行示范。這方面的工作在我國北方部分城市已經取得了一定的經驗,但在我國的南方,如廣東,仍然處于初步階段。今后,在進一步完善本項目的研究工作的同時,實施工業化生產,推廣應用到小區建筑中,并且建立科學的、合理的評價體系,讓復合相變材料儲能這一新的節能技術,惠及子孫后代。

      目錄概覽

      復合相變材料的制備及在建筑中的應用 目次

      封面

      文摘

      英文文摘

      作者簡介

      +

      第一章 緒論

      1.1 課題的背景及意義

      +

      1.2 相變材料

      1.2.1 相變材料的定義

      1.2.2 相變材料的歷史和現狀

      1.2.3 目前相變材料研究的共性問題

      +

      1.3 相變材料在建筑中的應用

      1.3.1 建筑用相變材料

      1.3.2 相變材料與建筑物的結合技術

      1.3.3 相變材料在建筑中應用的形式

      1.4 本文的主要研究內容

      1.5 本文的主要研究路線

      +

      第二章 復合相變材料制備機理

      2.1 復合相變材料

      2.2 復合相變材料的基質

      2.3 復合相變材料的熱性能預測

      +

      2.4 復合相變材料的制備方法

      2.4.1 共混法

      2.4.2 浸漬法

      2.4.3 微膠囊法

      +

      第三章 膨脹石墨石蠟復合相變儲能材料的制備與性能

      3.1 引言

      +

      3.2 實驗部分

      3.2.1 實驗材料

      3.2.2 實驗儀器

      3.2.3 試驗方法

      +

      3.3 膨脹石墨石蠟復合材料的制備

      3.3.1 熱處理條件對膨脹石墨的影響

      3.3.2 膨脹石墨對石蠟的吸附

      +

      3.4 膨脹石墨相變復合材料的性能研究

      3.4.1 膨脹石墨相變復合材料的表面形貌

      3.4.2 膨脹石墨相變復合材料的熱性能

      3.4.3 膨脹石墨相變復合材料的儲熱放熱性能

      3.5 本章小結

      +

      第四章 膨脹石墨/石蠟復合相變儲能材料在建筑中的應用初探

      4.1 引言

      +

      4.2 實驗部分

      4.2.1 實驗材料

      4.2.2 實驗儀器

      4.2.3 膨脹石墨/石蠟相變石膏板的制備

      4.2.4 膨脹石墨/石蠟相變石膏板的性能測試

      +

      4.4 膨脹石墨/石蠟相變石膏板的性能研究

      4.4.1 膨脹石墨/石蠟相變石膏板的形貌

      4.4.2 膨脹石墨/石蠟相變石膏板的儲熱效應

      4.5 本章小結

      +

      第五章 結論與展望

      5.1 結論

      5.2 展望

      致謝

      參考文獻

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