建筑节能用复合相变蓄热材料制备及其性能研究

由熔融盐与石墨制备了建筑节能用复合相变蓄热材料,并以电子显微镜进行了性能测试分析.结果表明,基于石墨为添加剂,可显著提升复合相变蓄热材料传热效率;石墨可强化相变蓄热材料导热性能,但由于膨胀石墨与相变蓄热材料以物理形式充分混合,所以膨胀石墨对于材料相变温度所造成的影响非常小,对此在材料制备时,需充分考虑材料相变温度与导热...     

相变介质组成对粉煤灰基高温定形复合相变材料蓄热性能的影响

分别以Al粉、Al-12Si、Al-20Si合金粉为相变介质,粉煤灰为基体材料,采用混合烧结法在空气、真空两种烧结氛围下制备金属/陶瓷基高温定形复合相变材料,探讨相变介质中硅铝相对含量及烧结氛围对材料蓄热性能的影响。结果表明:分别用三种金属粉制备复合相变材料时,Al的氧化难以避免,致使Si的相对含量均超过共晶点组成,凝固时其状态点始终处于共晶相+Si相的两相区,未被氧化的Al都转变成为Al-Si共晶相。空气中烧结有利于Al形成致密氧化膜从而阻止其进一步反应,材料的密度、相变潜热都比真空中烧结高。三种复合相变材料中,由Al粉制备的热稳定性最差,由Al-12Si合金粉制备的相变潜热、保留率最高,热稳定性及蓄热性能突出。     

复合蓄热材料的研制与应用

以KAl(SO4)2·12H2O为相变材料,以多孔陶瓷为基体,采用熔融浸渍法制备了复合相变蓄热材料。此复合相变材料结合了潜热蓄热材料与显热蓄热材料的优点,并克服了无机盐相变材料相变过程无定型的缺点及陶瓷蓄热显热小的缺点。将自制的复合蓄热材料实际应用于咖啡壶加热设备中,实验结果表明加入复合蓄热材料后的咖啡壶每小时节能率达38.8%。     

低温相变蓄热材料研究进展

蓄热技术是解决能源危机的重要手段之一,相变温度在60～80℃范围内的蓄热材料被广泛应用于太阳能储存、工业废热回收、电子器件热管理以及供暖和空调系统等领域。本文介绍了常用的可作为相变材料(PCMs)的有机物和无机物,探讨了复合相变材料的制备方法,分析了该类型相变蓄热材料的应用现状及发展前景。     

硫酸铝铵相变蓄热材料实验研究

通过对硫酸铝铵[NH4Al(SO4)2.12H2O]的实验研究,寻找减小其过冷度,改善其储热性能的方法。按照溶液配制法,在熔融的硫酸铝铵中依次加入适量的有效添加剂及去离子水,记录蓄热体系放热时的温度变化,反复调节添加剂的质量比,达到最佳配置。结果表明,硫酸铝铵中添加质量分数为1.8%的氟化钙、0.4%的碳、6%的去离子水能够较好地抑制过冷,保证放热速率。重复性实验验证,该材料是低温范围内具有较高相变温度、相变潜热大、放热性能稳定、重复性良好的蓄热材料,可以应用于电蓄热、回收城市废热等领域。     

中温相变蓄热材料研究进展

对中温相变蓄热材料(PCM)的定义范畴、应用领域、国内外发展现状进行了评述。中温PCM主要针对90~550℃的热动力环境,在太阳能热发电、有机朗肯循环、移动蓄热技术、分布式能源系统等方面有广阔的应用前景。指出进一步的研究方向是拓展中温PCM的应用场合,规范长期稳定性的表征与测试手段,重视与换热器开发以及应用领域的整合,并提出硝酸盐熔融盐混和物将是今后一段时期内中温PCM研发和培育的重点产品对象。     

应用于太阳能相变蓄热PC构件升温养护建筑的复合相变材料热物性

预制混凝土（PC）构件蒸汽养护工艺以消耗大量化石能源为代价。本研究结合本文作者课题组研制的复合相变材料热特性以及预制混凝土构件蒸汽养护工艺特点,基于被动式太阳能相变蓄热PC构件升温养护建筑一体化设计理念,将复合相变材料应用于升温养护建筑主朝阳墙体内表面,结合Energy Plus能耗模拟软件及试验研究的方法,开展了关于不同热物性复合相变材料对新型升温养护建筑热工性能影响的研究。研究结果表明：较GH-33复合相变材料,主朝阳墙体内表面采用GH-37复合相变材料,墙体内表面温度夜间平均提高3.4℃;PC构件上部表面温度夜间平均提高1.4℃;实验期间复合相变材料的蓄放热速率较前者平均提高62%。研究可为PC构件养护工艺中可再生能源利用、低碳环保生产,提供一种新的途径和方法参考。     

膨胀石墨/石蜡复合相变材料的导电及发热特性

采用混合搅拌方法制备膨胀石墨（EG）/石蜡复合相变材料,测试分析了EG含量、施加电压与EG/石蜡复合相变材料体积电阻率的关系,研究了直接自发热和正温度系数（PTC）电阻发热时复合相变蓄热单元的发热特性。结果表明,随着EG含量或施加电压的增大,复合相变材料体积电阻率逐渐减小;施加电压对样品体积电阻率的影响与复合相变材料中EG含量有关,EG含量越高,施加电压对复合相变材料体积电阻率的影响越明显。当施加电压为4.0V时,EG质量分数分别为4%、5%、8%的复合相变材料体积电阻率分别只有0.5V时的0.481倍、0.185倍、0.068倍。基于复合相变材料导电特性,直接负载电压可实现复合相变材料电热转化和相变蓄热;结合PTC电阻发热可灵活控制复合相变蓄热单元加热功率,实现其快速充热。     

相变储热的传热强化技术研究进展

相变储热技术具有储热密度大、相变温度稳定以及过程容易控制等优点,具有广泛应用前景。相变储热技术在应用中需完成热能的储存与释放过程,其传热特性直接决定应用效果。储热技术的传热强化主要包括三个方面：一是相变材料本身的导热强化;二是潜热型功能热流体的对流传热强化;三是储热器的传热强化。本文综述了国内外在相变储热技术的传热强化研究方面的进展,主要介绍了膨胀石墨、泡沫金属等复合相变材料的导热强化,相变微胶囊及相变微、纳米乳液潜热型功能热流体传热强化以及管壳式储热器、板式储热器、螺旋盘管储热器等储热器的传热强化。文章指出,膨胀石墨基复合相变材料具有高热导率、大储热密度以及良好的定型特性,且价格低廉,极具应用前景。纳米乳液功能热流体具有表观比热容大、流阻较小等优势,但存在稳定性较差、过冷度大等问题。板式储热器具有较大的传热面积、较高的传热功率,适宜应用于相变材料传热系统。但应用背景不同,针对不同场景提供不同储热器的选型及指导值得作进一步的研究。     

相变材料三水醋酸钠储热性能实验研究

以三水醋酸钠(CH3 COONa·3H2O)为相变储热基材,添加各种不同成核剂和增稠剂,比较它们的效果,寻求储热性能优越的组合配方.实验表明:对于同一成核剂,随添加量的增加,CH3COONa·3H2O的过冷度有增大的倾向.在10 g CH3COONa·3H2O中添加0.05 g的Na2HPO4·12H2O,抑制过冷的效...     

泡沫金属复合相变材料的制备与性能分析

利用泡沫金属多孔结构的吸附性能,以八水氢氧化钡为相变材料,泡沫铜为基体,制备了结晶水合盐/泡沫金属复合相变材料。采用差示扫描量热法测定了八水氢氧化钡的热循环性能,随着热循环次数的增加,相变材料的相变温度基本不变,相变潜热略有减少,八水氢氧化钡具有较好的热稳定性。搭建了相变储能实验台,实验分析了3组不同实验方案,结果表明,填充泡沫铜不仅增强了相变材料的传热速率,而且有效地降低了八水氢氧化钡的过冷度。当泡沫金属使用较大孔密度后,结晶水合盐的过冷问题得到了比较明显的改善。     

三水醋酸钠相变储能复合材料改性制备及储/放热特性

水合盐相变储热材料普遍存在的过冷和相分离现象是影响其热稳定性和热性能的关键问题。以中低温水合盐相变储热材料三水醋酸钠（SAT）为研究对象,采用熔融共混法将羧甲基纤维素（CMC）和十二水磷酸氢二钠（DHPD）作为添加剂对三水醋酸钠进行了改性研究,通过各成分的配比优化制备了高性能相变储热复合材料,利用DSC及熔融-凝固装置对改性材料进行了热物性和稳定性的测试,分析了不同质量分数的添加剂对相变储热复合材料的相变焓、相变温度、过冷度及相分离现象的影响;在此基础上采用改性的SAT相变储热复合材料构建了高密度储热器并搭建了相变储能热水实验系统,研究了不同运行工况下相变储热器的储/放热性能。结果表明：添加0.5% CMC和2% DHPD的相变储热复合材料有效改善了纯SAT的相分离严重和过冷度大的问题,具有良好的热稳定性,多次循环后复合样品的相变焓为258 kJ·kg^-1,相变温度为57℃,过冷度在2℃以内;相变储能热水系统在不同放热工况下出口水温度均超过50℃,放热过程中相变材料温度变化平稳,储热器的储放热效率高于90%,放热功率大于10 kW,且随着入口水温下降,放热功率、放热量及储放热效率都提高,相变储热器的储能密度是传统水箱的2.6倍。     

硬脂醇/膨胀石墨复合相变材料的制备及储热性能

相变储热技术是解决热量在时空上分配不平衡问题的有效手段之一,研制高性能的复合相变材料（phase change material, PCM）成为当前研究者关注的重点。硬脂醇（stearyl alcohol, SAL）等有机PCM目前主要存在热导率偏低以及循环稳定性较差等问题而限制了实际应用。以SAL作为PCM,膨胀石墨（expanded graphite, EG）为高导热多孔基质,采用吸附定形工艺制备了16种SAL/EG复合PCMs[EG含量为7%、14%、21%、28%（质量）;样品密度为700kg/m³、800kg/m³、900kg/m³、1000kg/m³]。对复合PCMs样品的微观结构、储热能力、导热性能、循环稳定性及充放热性能进行研究与分析。结果表明：SAL完全填充于EG的多孔网络。当样品密度为900kg/m³,EG质量分数为28%的水平热导率最高,其值为28.58W/(m ? K),相比于纯SAL[0.38W/(m ? K)]提高了74倍,该值大约是相对应垂直热导率[5.99W/(m ? K)]的4.8倍。另外在构建的充放热性能试验台上研究了样品中心位置的储/放热性能,结果显示样品密度为900kg/m³,EG质量分数为28%的样品充放热速率最大,固-液潜热吸热和放热阶段所经历的时间分别为53min和20min。与此同时验证了样品的导热性能和熔化-凝固特性,说明SAL/EG复合PCMs具有稳定可靠的储/放热性能。     

Preparation and characterization of PEG/MDI/PVA copolymer as solid–solid phase change heat storage material

In this article, a novel solid–solid phase change heat storage material was synthesized via a two‐step condensation reaction of high molecular weight poly(ethylene glycol) (PEG4000) with poly(vinyl alcohol) (PVA) and 4,4′‐diphenylmethane diisocyanate (MDI). To characterize the resulting product in comparison with pristine PEG4000, Fourier transform infrared spectroscopy, differential scanning calorimetry, thermogravimetric analyses, and polarization optical microscopy measurements were employed to investigate functionality, thermal properties, and crystalline behavior. The results indicated that the crosslinking phase change material showed typical solid–solid phase transition properties, and its phase change enthalpy reached 72.8 kJ/kg. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2009     

TPMS多孔铝-石蜡复合相变材料蓄热过程数值模拟及实验

传统相变材料受限于自身热导率小,其相变蓄热效率难以提升,通过在相变材料中添加具有高热导率的金属多孔结构是强化传热的重要手段之一。本文建立了三周期极小曲面（triply periodic minimal surface,TPMS）多孔铝-石蜡复合相变材料的三维、瞬态包含自然对流的相变蓄热模型,利用数值仿真结合实验的方法研究了TPMS多孔铝-石蜡复合相变材料在蓄热过程中的固液相界面演变规律、实时温度变化、热传输特性以及蓄热性能。结果表明,在纯石蜡中添加primitive杆状（primitive sheet,PS）、primitive壳状（primitive network,PN）两种TPMS多孔铝结构后,石蜡相变温度范围内出现明显的相变温度平台,PS-石蜡、PN-石蜡复合相变材料的相变起始时间较纯石蜡分别减少了74.1%与91.4%,竖直方向上的最大温度梯度由纯石蜡的1605.7℃/m分别下降至PS-石蜡、PN-石蜡复合相变材料的840℃/m、943.8℃/m,蓄热速率较纯石蜡分别提高3.10倍、4.69倍。最后,通过选区激光熔化（selective laser melting,SLM）技...     

新型复合低温相变蓄冷材料的研制及热物性优化

针对低温冷链物流应用场合,提出一种由三羟甲基丙烷（TMP）、氯化铵（NH₄Cl）和水组成的新型有机-无机复合相变蓄冷材料。首先对该复合材料的不同配比进行DSC热分析实验,筛选出热力性能较优异的材料混合比（TMP∶NH₄Cl∶H₂O质量比为1.0∶2.0∶7.0）。其次,以上述配比的复合材料为基液,研究了添加不同的纳米粒子（三氧化二铝、二氧化钛、三氧化二铁）对其过冷度、热导率的影响,以及增稠剂（羧甲基纤维素（CMC）、聚丙烯酸钠（PAAS））对其相分离现象的影响,并进行了热循环实验。实验结果表明：添加0.40%(质量分数)的TiO₂纳米粒子对降低该复合材料过冷度效果最佳;添加0.50%(质量分数)的TiO₂纳米粒子对增大其热导率效果最佳;增稠剂CMC和PAAS可以消除该复合材料相分离现象并对其相变温度、相变潜热、过冷度等热物性影响较小。经优化所得最终复合相变蓄冷材料的配比为以1.0∶2.0∶7.0质量比混合的TMP-NH₄Cl-H₂O + 0.40%(质量分数)TiO₂ + 1.0%(质量分数) PAAS,其相变温度为－19.9℃,相变潜热为246.8 kJ/kg,热导率为0.81 W/(m·K),并具有较好的循环稳定性。     

三水醋酸钠/甲酰胺复合相变材料的制备及性能

以甲酰胺(FA)为改性剂,采用熔融共混法对三水醋酸钠(SAT)进行改性得到新型SAT/FA复合相变材料(CPCM)。探讨FA质量分数(下同)对SAT/FA共混物(基体)相变焓及相变温度的影响。利用熔融-固化循环及步冷曲线, 系统探讨成核剂、增稠剂对复合材料相分离、过冷度及放热性能的影响。对新型SAT/FA CPCM的结构及性能进行XRD 、FTIR及DSC表征。结果显示:添加25%的FA于SAT中可形成SAT/FA低共融体;添加2% 十二水磷酸氢二钠成核剂和2%聚乙烯醇增稠剂形成的CPCM,过冷度低(2.67℃),放热时间长(10170 s),循环稳定性好, 相变焓高达233.9 kJ·kg^-1,相变温度40.88 ℃。可应用于相变蓄热地板辐射采暖。     

纳米氧化铝与赤藻糖醇复合相变材料的实验研究

赤藻糖醇是一种极具潜力的相变材料但很容易发生过冷。文中通过添加纳米材料作为成核剂改善赤藻糖醇的性能,制备了不同纳米材料的相变复合材料。对样品的融化-凝固过程进行观测记录,绘制了时间温度曲线并对导热系数和相变潜热进行测定,分析了添加材料对赤藻糖醇的影响。结果表明:在简单的超声振荡分散方式下添加纳米氧化铝可以很好地分散于融化的赤藻糖醇基液中。添加的纳米氧化铝能有效缓和赤藻糖醇的强过冷倾向;当添加质量分数为0.25%的纳米氧化铝时材料的导热系数较纯赤藻糖醇提高2倍,且相变潜热不发生较大变化。