使用泡沫铜增强相变材料换热性能的实验研究

针对有机相变材料(PCM)导热系数较低的缺点,通过实验研究了添加通孔泡沫铜金属材料增强相变材料导热系数的方法。选择脂肪酸二元低共熔混合物相变材料作为蓄热介质,通过对其进行DSC测试分析,得到其相变温度和相变潜热。对壳管式潜热蓄热系统填充介质为纯PCM与PCM/泡沫铜复合相变材料两种工况下的熔化过程进行对比实验研究。实验数据表明,与纯PCM蓄热系统相比,添加泡沫铜的蓄热系统换热性能得到增强,整个蓄热器内PCM达到相变温度的时间仅为纯PCM系统的22.5%。     

相变通风屋顶的供热节能优化设计研究

提出太阳能相变屋顶系统(主要由太阳能空气集热系统、相变通风屋顶组成),将两种相变材料(PCM1、PCM2,PCM1用于供冷期蓄冷,相变温度在35℃左右。PCM2用于供暖期蓄热,相变温度在18℃左右)及风道(预制在钢筋混凝土板内,供冷期利用夜间低温空气冷却屋顶与PCM1,供暖期利用太阳能空气集热器出口热空气加热屋顶与PCM2)预制在屋顶内,形成相变通风屋顶(由上至下的基本结构为保护层、防水层、找坡层、保温层、找平层、PCM1、钢筋混凝土板),实现供冷期夜间蓄冷日间吸热、供暖期日间蓄热夜间放热。针对供暖工况,采用模拟方法,结合评价指标,对相变通风屋顶中相变材料(由于供暖工况PCM1不发生相变,因此研究对象为相变材料PCM2)的相变温度、结构(即相变材料位置)、相变材料厚度进行优化选取。A型相变通风屋顶将PCM2设置在PCM1与钢筋混凝土板之间,B型相变通风屋顶将PCM2设置在钢筋混凝土板下面,C型相变通风屋顶将PCM2设置在预制风道外圈。PCM2的最佳相变温度为18~20℃,最优结构为B型相变通风屋顶,PCM2最佳厚度为30 mm。与无相变通风屋顶(将B型相变通风屋顶中的30 mm厚PCM2相变材料替换成相同厚度的水泥砂浆,保留预制风道,其他各层材料及厚度均保持不变)相比,最佳相变通风屋顶(PCM2相变温度为18~20℃、厚度为30 mm的B型相变通风屋顶)的各项评价指标均更优。     

相变材料在建筑结构中的应用综述

一、相变材料 （一）相变材料定义及其特点 相变材料（Phase Change Materials,简称PCM）是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。相变材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程称为相变过程,这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。正是相变材料的这种吸热放热现象,使得相变材料成为世界各国关注的热点。     

屋面相变砖实验研究

利用相变过程中的潜热,相变材料能在建筑屋面上做隔热应用.利用差示扫描量热仪对石蜡类相变材料进行了实验研究,研究一种液体类有机材料分别与固体石蜡A和固体石蜡B混合制成复合相变材料的相变温度和相变潜热,并进行DSC分析.结果表明,复合相变材料与高密度聚乙烯以70:30的比利用熔融共混法制备定形相变材料,能将复合相变材料包裹住,使其在发生固一液相变过程中不会发生渗漏.且高密度聚乙烯的存在对复合相变材料的热物理性能影响很小.     

石蜡/橡胶粉复合相变保温砂浆的制备与研究

将石蜡/橡胶粉复合相变材料掺入水泥砂浆中制备新型相变保温节能砂浆,探讨了相变砂浆的制备以及相变潜热、相变温度、渗漏性、导热系数等热力学参数。结果表明:复合相变材料中当石蜡的质量为40%时无渗漏现象;复合相变保温材料的相变起始温度为57.807℃,峰值温度为66.797℃,终止温度为73.007℃,整个过程的相变潜热较高,为57.534 J/g;相变砂浆的导热系数为0.35~0.88 W/(m·K)。     

癸酸—月桂酸二元复合相变储能材料循环热稳定性

以研究癸酸—月桂酸二元复合相变储能材料在循环相变过程中的热稳定性为目的,搭建了实现相变材料加速热循环过程的实验平台,并利用差示扫描量热仪(DSC)测定了经过0,800,1 600,2 400,3 200,4 000次加速热循环后相变材料的相变温度和相变潜热。经过4 000次循环后,相变温度下降了0.8℃,相变潜热降低为初始值的92.08%。结果表明:随着循环次数的增加,该相变材料的相变温度变化微小,相变潜热有所降低,其热稳定性比较好。基于实验结果,讨论了此种相变材料在太阳能及建筑节能领域的应用前景。     

相变材料热物性参数对相变窗动态传热特性的影响研究

为提高夏热冬冷地区相变玻璃窗的保温隔热性能,本文建立相变玻璃窗动态传热的数值模型,搭建了相变玻璃窗和中空玻璃窗动态传热特性对比实验装置。在夏季晴天和阴雨天条件下进行实验测量,结果表明:相变玻璃窗(MG29)在夏季气候条件下能起到良好的保温隔热作用和调节空调系统峰值负荷的作用,夏季晴天时,通过相变玻璃窗传入室内的热量相比于中空玻璃窗降低18.3%。在实验的基础上,通过数值模拟计算研究相变材料的物性参数对相变玻璃窗动态传热特性的影响。结果表明:随着相变材料相变潜热的增大,相变玻璃窗调节室内温度波动和调节空调系统峰值负荷的能力增强:适合于该地区相变玻璃窗中应用的相变材料的相变温度在25℃~31℃之间;为提高相变玻璃窗的保温隔热性能,应尽量减小相变材料的相变温度区间。     

一种空气源热泵相变贮能式冷凝热回收系统探讨

设计了一种空气源热泵机组在夏季制冷工况运行时,利用相变材料回收机组冷凝热用于生活热水制备的系统,对初步选取的5种有机相变材料,采用差式扫描量热法(DSC)进行了相变温度、相变潜热等参数的热物性实验,通过对比分析实验数据,确定选用月桂酸作为贮能系统的主要蓄热材料,并通过工程算例证实了该系统的可行性。     

蓄冷材料相变温度与相变潜热实验研究

阐述了自行研制的蓄冷材料相变温度与相变潜热实验装置的特点,并在该实验装置上测试了蓄冷材料的相变温度和相变潜热,获得了较准确的结果。     

纳米石墨改性二元石蜡/陶粒复合相变材料制备与热性能研究

工业级高潜热相变石蜡存在高熔点、低导热和易泄漏的问题。为此本文采用熔融共混法和真空吸附法制成熔点为25～50℃的新型二元石蜡/陶粒复合相变材料,并对其进行了纳米石墨的改性研究,采用温度记录仪、DSC、XRD、SEM等手段对相变材料的热物性和微观结构进行测试分析。结果表明：当固体石蜡质量分数为50%,二元石蜡有最低相变温度25.5℃,相变潜热为97.66 J/g,是1种良好的低成本相变储能材料。掺入1%的纳米石墨时,样品的导热性增强,储放热速率加快。当改性二元石蜡与陶粒质量比为3∶7时复合相变材料表现出良好的热稳定性。苯丙乳液+氮化铝对复合相变材料进行二次封装,有效的减少其泄漏,经历了(-10)～60℃500次加热/冷却循环后,样品仍具有良好的传热储热性能,表明纳米石墨改性二元石蜡/陶粒定型效果较好,减少能源消耗,运用到日光温室与建筑领域有很大的意义。     

脂肪酸/煤矸石复合相变材料的制备及性能研究

将煤矸石破碎成直径约1 mm颗粒,并于800℃煅烧,通过Tri Star 3000和ARL9900XP+对煤矸石孔径及含碳量进行了测定,结果表明,煤矸石孔径为1 835 nm,含碳量为5.1%。利用改性后煤矸石对脂肪酸于60℃下按照m煤矸石∶m脂肪酸为1∶0.8比例进行了吸附,通过DSC2910对此复合相变材料的相变潜热和相变温度进行了测定,结果表明,此相变材料的相变温度为29.8℃,相变潜热为103.7 J/g,利用浓度为8%,质量为相变材料10%的聚乙烯醇水溶液对此相变材料进行了包膜处理,按照m水泥∶m砂子∶m相变材料为100∶160∶30比例进行混合,制成标准试块,通过MTSCriterion60和DKZ5000对该水泥试块力学性能进行了测定,结果表明,掺加了相变材料后的水泥砂浆抗压强度为12 MPa,抗折强度为5.5 MPa,满足建筑外墙水泥砂浆力学性能要求。     

PEG/MDI/丙三醇三元共聚固-固相变材料的研究

采用预聚法合成了以聚乙二醇(PEG)为软段,4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和丙三醇的反应链段为硬段的固-固相变材料(PCM).用FTIR、POM、WXRD、DSC、TG等方法对材料进行分析,结果表明,该材料具有嵌段交联的聚氨酯结构,其相变过程为固-固相变,其相变的实质是软段的聚乙二醇由结晶态向无定型态转变的过程.当引入的硬段含量为8.5%时,聚乙二醇的相变温度和相变焓分别降低至54.05℃和110.9 J/g,PCM的初始分解温度为384.369℃,比纯PEG的初始分解温度(296.54℃)提高了29.61%.     

相变储能陶粒的制备与性能研究

以癸酸-月桂酸二元复合物作为相变材料,选用超轻陶粒吸附这种相变材料,并用多种材料对其进行表面封装处理后制成相变储能陶粒。研究结果表明,相变材料吸附到超轻陶粒后的相变温度和相变潜热与吸附之前相比均有所增加。石蜡、乳化沥青、环氧树脂和改性碱矿渣皆可用作防止储能陶粒中相变材料渗漏的封装材料。     

石蜡/改性粉煤灰定形相变材料的制备及热性能研究

以石蜡（PA）为相变芯材，以经酸浸法处理的改性粉煤灰（mFA）为封装基体，采用真空浸渍工艺制备PA/mFA定形相变材料。通过熔融泄漏测试、FT-IR、DSC、蓄放热性能试验研究了PA/mFA定形相变材料的化学相容性、相变热物性等。结果表明，m(PA):m(mFA)=1∶4时，PA/mFA定形相变材料基本无泄漏，PA与mFA为物理掺混；PA/mFA定形相变材料的相变温度为22.6℃，符合人体舒适温度，相变潜热较高，为41.3 J/g;PA/mFA定形相变材料熔化和凝固过程中温度变化均滞后于环境温度变化。     

蓄能地板采暖中相变材料模块的优化配置研究

本文首先通过对一种含有相变材料封装模块的采暖地板的蓄、放热过程进行数值模拟,分析了蓄能地板内填充PCM起到的转移热量、平抑温度变化率及调节地板表面温度的作用.而后从满足地板供热的使用条件、实现蓄、放热所需的时间、保持地面温度均匀性以及使储能材料充分相变最大限度地发挥潜热功能等几方面出发,探讨得出了蓄能地板内填充PCM模块的数量以及模块放置位置(S值)的取值与蓄能地板热性能及PCM利用率等因素之间的关系,并给出了在本模拟条件下,所研究蓄能地板结构PCM模块放置位置的推荐方案设计.     

多孔相变储能颗粒的制备及蓄热性能研究

以月桂酸-癸酸复合二元酸作为PCM,以膨胀珍珠岩、膨胀蛭石和膨胀石墨3种多孔颗粒作为封装载体,用真空吸附-熔融浸渍法制备了3种多孔相变储能颗粒.通过SEM观测多孔颗粒吸附PCM前后的形貌,并用TG-DSC测试多孔相变储能颗粒的相变温度和相变潜热.结果表明,3种多孔相变储能颗粒的相变温度均在人体舒适度范围内;多孔颗粒的微观结构与PCM吸附量存在直接关系;经受150次冷热循环后,多孔相变储能颗粒的相变温度和相变潜热均比较稳定.     

路面用潜热材料的制备与调温性能研究

选择适合路面光热环境的有机相变材料,分3种导入模式制备相变改性沥青、硅藻土粉末状复合相变材料和陶砂粒状复合相变材料,根据制备材料的性能进行取舍,确定所用的复合相变材料.采用复合相变材料等体积替代矿粉和细集料制备潜热沥青混合料,并用温度监测系统测定其调温效果.结果表明：所制备的路面用潜热沥青混合料相比于基质沥青混合料,可降温8～10℃,因而料具有良好的调温效果.     

双层定型相变围护结构夏季热特性实验研究

以石蜡作为相变材料(Phase Change Material,PCM),高密度聚乙烯作为支撑材料,膨胀石墨作为导热增强剂,制成定型相变板。将制备的相变材料板以"三明治"形式贴于轻质实验房南墙内外侧,实验房内侧相变板相变温度约为17～26℃,在冬季发挥保温作用;外侧相变板相变温度约为26～36℃,在夏季发挥隔热作用。对其在夏热冬冷典型城市武汉地区应用的热特性进行实验研究,结果表明,定型相变材料板状态稳定、性能优良。夏季外侧相变墙发挥作用,能够很好地吸收太阳辐射的热量,降低并延缓室内温度峰值,可降低建筑冷负荷,提高室内环境热舒适性。     

一种相变调温砂浆的实验研究

本文以饱和脂肪酸为原料,采用温度曲线法制备了一种相变温度为19-26℃区间段的复合相变材料,并将其以膨胀珍珠岩为载体,用骨胶系封装材料对其进行了封装,最后将封装好的复合相变材料与砂浆结合制备了相变砂浆,并测试了其比热容,评价了相变砂浆的调温功能。结果显示：自制的复合相变材料的相变温度为19.1-26.3℃的温度区间段,其相变潜热为150kJ/kg,经封装材料封装后的复合相变材料的渗漏情况得到了根本性的解决。相变砂浆的相变温度范围仍然介于19~26℃温度区间段,其比热容较大,是普通砂浆的2倍,与普通砂浆相比,相变砂浆的调温性能较好。     

三水醋酸钠复合相变材料的制备与性能

本文以2wt%十二水磷酸氢二钠(DSP)为成核剂、2 wt%羟乙基纤维素(HEC)为增稠剂、1wt%纳米二氧化硅为稳定剂,采用熔融共混法制备了含10 wt%额外水的三水醋酸钠复合相变材料。利用水热法并对材料的蓄热性能进行了测试。通过熔融—固化循环与步冷曲线,系统性地研究了三水醋酸钠相变复合材料在循环过程中的相变结晶稳定性。实验表明,复合材料的相变潜热高达232.91 k J/kg,材料在200次循环过程中过冷度始终保持在1.68~6.75℃,相变平台温度保持在56.07~57.94℃。同时,X射线衍射分析证实,循环实验结束后样品中未出现三水醋酸钠的相分离产物(无水醋酸钠),该材料的循环稳定性良好。