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职称论文—相变材料及其在建筑节能中的应用

作者:admin  来源:佳作论文网 日期:2020-08-18 11:21 人气:

随着石油、煤等不可再生的矿物燃料资源储量的减少及使用这些燃料引起的环境问题日趋严重,对节能和太阳能等可再生资源的利用日益受到重视。同时,随着社会的发展人们对舒适度的要求越来越高,这又要求消耗更多的能源。

在发达国家建筑能耗占到总能耗的40%左右,预计到2020 年左右我国建筑领域的能耗将会达到能源消耗总量的40%以上。建筑用能是能源消耗的大户,因而也是节能的重要领域,同时建筑采暖用能往往是大气污染的主要因素,特别是我国以煤炭为主的能源结构条件下更是如此,因此建筑节能在节约能源和减少污染两方面有着重要意义。

利用相变材料(Phase Change Material,PCM)储存太阳能和低价电能方面的研究是目前非常活跃的领域。相变材料可用于解决热能供给与需求失衡的矛盾,在航天、能源、建筑、军事、制冷设备、通讯、电力等行业和领域得到广泛的应用。利用相变材料在熔化或凝固过程中温度变化不大但吸收或释放的潜热却很大的特性,将其与建筑材料结合使用,可以起到减小室温波动、利用太阳能取暖以减少空调和采暖系统能耗或利用夜间低价电能维持居室温度等作用,从而作到充分利用能源、降低污染并满足居住舒适的目的。

1 相变材料的分类、选择及改性

国外关于相变材料及其潜热的储存和应用的报道从1977 年开始大量出现[1]。20 世纪80 年代初,美国航天航空局(NASA)将有机相变材料应用于精密仪器防高温侵袭并取得良好的应用效果,随后军方将其用于导弹核心电子元器件的恒温和飞机表面抗热冲击等军事目的。80 年代末,NASA 下属的Triangle 技术公司将相变材料与纺织纤维复合后应用宇航服。90 年代中期随着昼夜电价分计制的实施,美国开始研制将相变材料与建筑材料结合,利用夜间低价电储热。国内对有机相变材料的研究工作始于20 世纪90 年代初,主要是在应用方面,如定性化、微胶囊化、复合等的工作。

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1.1 相变材料的分类与选择

根据化学组成的不同,一般可将相变材料分为无机相变材料和有机相变材料。根据储能过程中材料相态变化的不同,一般可将相变材料分为固―气相变材料、液―气相变材料、固―液相变材料、固―固相变材料四种。固―气相变和气―液相变过程由于有气态存在,储存需要更大的体积或更高的压力,所以不常应用;固―固相变速度慢、价格高、优点不明显,短期内不能实际应用;固―液相变材料是目前研究相对成熟的一类相变材料,也是目前常用相变材料类型。根据相变温度的不同,一般可将相变材料分为高温相变材料、中温相变材料和低温相变材料。用于建筑节能的相变材料为低温相变材料。

良好的相变材料应具备以下性质[2]:(1)热性质:适合的相变温度、高的相变热、良好的传热性等;(2)物理性质:有利的相平衡、低蒸气压、密度高、体积变化小等;(3)动力学性质:不过冷、适当的结晶速度;(4)化学性质:具有长期的化学稳定性、无毒、不易燃、无污染;(5)经济性:原料丰富易得,成本较低。目前的相变材料都不同时具备上述要求,实际使用时都需要用其它方式加以弥补。

1.2 固―液相变材料的种类及特点

固―液相变材料主要包括无机水合盐类和有机物类。

无机水合盐类相变材料具有相变温度明确、导热系数比有机材料大、相变潜热较大、密度大、价格低、不易燃等优点;但这类材料存在着较严重的过冷现象和相分离现象等缺点。虽然可以通过一些方法改进这些性能,但在某些应用领域,如建筑节能,其使用寿命无法达到使用要求。

有机物类相变材料主要包括正构烷烃、碳水化合物和油脂衍生物等,这类相变材料具有固态成型性好、不容易出现过冷现象和相分离现象、腐蚀性小、毒性小、成本较低、可循环使用等优点,并且与普通建筑材料的相容性好;但这类材料存在着导热系数较小、密度较小、易挥发、易燃、易氧化等缺点。

有机-无机相变材料和低熔点液态金属是较新的研究方向。有机-无机相变材料是将有机类相变材料与无机类相变材料相混合,既可以弥补单纯有机物相变材料潜热值低、导热系数小的缺点,又能弥补单纯无机类相变材料过冷度大、易出现相分离的缺点,但目前此方面的研究不是太多,其相变机理仍然不清楚[3]。低熔点液态金属是一种熔点接近室温的特殊金属及其合金,具有热导率高、相变潜热大、相变时体积变化小、可靠性高等显著优势,是新一代高性能散热储热技术的研究热点[4]。建筑工程论文撰写 撰写论文

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