不同石蠟含量的相變復合材料性能及建筑應用論文

時間：2024-10-27 16:33:07 材料畢業論文我要投稿

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　　建筑能耗在能源消耗中占比達到 30%,由此帶來的能源短缺和環境污染問題日益嚴重。而加強對建筑節能和建筑用能的存儲及利用，可以減少建筑能耗[1,2]. 相變材料通過使用過程中相變反應存儲能量，能起到降低能耗損失的作用。一般來說，相變材料的蓄熱方式包括化學反應蓄熱、潛熱蓄熱和顯熱蓄熱[3-5]. 其中，化學反應蓄熱工藝復雜，并且由于存在化學反應，對設備安全性要求較高，沒有得到廣泛應用。顯熱蓄熱主要通過自身比熱容來存儲或釋放熱量，調節作用有限。潛熱相變通過相變材料相變時吸收或釋放熱量的特點，可依靠外界環境溫度的變化達到儲能或釋放的目的，具有蓄熱量大，控溫恒定，安全性高等特點，目前應用較為廣泛。然而，單一相變材料存在過冷現象或導熱系數小等缺點，不能滿足實際應用[6]. 因此，需要開發新型相變材料，解決單一相變材料的缺點與不足[7]. 本文選用石蠟作為相變基材，膨脹珍珠巖為載體制備相變材料，研究不同石蠟含量的相變復合材料在表觀密度、抗壓強度、導熱系數等方面的變化，并討論其在建筑材料中的應用效果。

不同石蠟含量的相變復合材料性能及建筑應用論文

　　1 試驗材料及方法

　　1.1 復合相變儲熱水泥塊的制備

　　試驗材料為相變石蠟 RT28 和粒度為 270 μm（50 目）的膨脹珍珠巖 ,以相變材料 RT28 質量分數為 0%、10%、20%、30%和 40%的比例將兩者倒入燒杯中，60 ℃水浴攪拌 1.5 h,制得不同質量分數 RT28的 RT28/EP-PCMs 復合相變材料。將膨脹珍珠巖、普通礦渣硅酸鹽水泥和水按質量比 1∶1.5∶2 制備成水泥泥漿，再將水泥泥漿與上面制得的不同 RT28 含量的 RT28/EP-PCMs 均勻攪拌制得儲熱水泥塊。

　　1.2 測試方法

　　（1）表觀密度將樣品在真空 100 ℃環境下干燥至恒重，用精度為 0.001 g 分析天平測量樣品質量，用游標卡尺測量樣品長寬高，根據公式 ρ=m/V 計算密度。其中 ρ為樣品密度，m 為樣品質量，V 為樣品體積。

　　（2）抗壓強度將水泥砂漿倒入標準試模中振動至表面呈現水泥漿，靜置 24 h 后拆模，常溫養護 7 d 進行抗壓強度測試。用壓力試驗機測試標準水泥塊抗壓強度，加載速率 80 kN/min. 根據公式 P=F/S 計算樣品抗拉強度，其中 P 為壓強，F 為壓力，S 為受力面積，每個條件測試 6 個取平均值。

　　（3）導熱系數采用導熱系數儀測試儲熱水泥塊導熱系數，將2 個規格為 10 mm×100 mm×100 mm 水泥板疊放 ,探頭至于兩板之間，功率 0.02 kW, 輸出電壓 0.01V,掃描時間 12 s.

　　（4）節能性能以 500 W 氙燈作為熱源 ,將 6 塊 100 mm×100 mm×100 mm 水泥板組合成封閉空間，分別用熱電偶測試立方體上方外壁、內壁、內部空間及外部環境溫度，氙燈照射 1 h 后關閉，記錄溫度上升和下降變化趨勢曲線。

　　2 試驗結果及分析

　　2.1 儲熱水泥板表觀密度

　　圖 1 為復合相變材料表觀密度隨 RT28 含量的變化曲線。可以看出，隨著復合相變材料中 RT28 含量的增加，儲熱水泥板表觀密度逐漸增加。當不添加RT28 時，儲熱水泥板表觀密度為 0.304 g/cm3;當添加 RT28 質量分數為 40 %時，儲熱水泥板表觀密度達到 0.454 g/cm3,提高了 49.01 %. 分析認為，RT28加入后被吸附進入 EP 孔腔結構，對復合相變材料體積影響不大。隨著 RT28 含量增加，儲熱水泥板質量增加，所以儲熱水泥板表觀密度增大。

　　2.2 儲熱水泥板抗壓強度

　　圖 2 為不同 RT28 含量時儲熱水泥板 7 天抗壓強度變化曲線。可以看出，隨著 RT28 含量的增加，儲熱水泥塊抗壓強度增大。不添加 RT28 時，儲熱水泥板抗壓強度為 0.32 MPa; 添加量分別為 10%、20%、30%和 40%時，儲熱水泥塊 7 天抗壓強度依次為 0.36、0.47、0.52 和 0.59 MPa, 比不添加 RT28 時分別提高 12.5%、46.9%、62.5%和 84.3%. 7 天抗壓強度均大于 0.30 MPa,滿足行業標準要求。

　　2.3 儲熱水泥板導熱系數

　　圖 3 為不同 RT28 含量儲熱水泥板導熱系數變化曲線。可以看出，儲熱水泥板導熱系數隨著 RT28含量的增加而增加。當 RT28 含量從 0%增加到 40%時，儲熱水泥板導熱系數從 0.114 W/m·K 增加到0.145 W/m·K. 分析認為 , 由于 RT28 導熱系數0.276 W/m·K 大于空氣的導熱系數 0.023 W/m·K.與添加 EP 相變材料相比，添加 RT28 與 EP 復合相變材料后，RT28 進入 EP 孔腔結構中，取代空隙中的氣體，水泥板導熱系數提高。隨著 RT28 含量增加越多，EP 內部空隙填充越多，復合相變儲熱水泥板導熱系數增加。

　　2.4 節能效果分析

　　圖 4 為不同 RT28 含量相變復合材料上板外壁與內部空間溫差變化曲線。可以看出，隨著 RT28 含量的增加，內部空間溫度升高和降低速率逐漸減小，上板外壁與內部空間溫差逐漸增大。 RT28 含量分別為 10%、20%、30%和 40%時，上板外壁與內部空間溫差依次為 17.3、17.9、19.4 和 23.2 ℃，而采用普通 EP 相變材料溫差為 13.3 ℃，即加入 RT28 后，儲熱水泥板隔熱性能顯著提高。分析認為，上板外壁離熱源較近，升溫最快，內部空間離熱源最遠，升溫較慢。同時，RT28 加入后，溫度升至 28 ℃時發生固液轉變儲存熱量，使立方體內部熱量減少，從而提高了儲熱水泥板的隔熱功能，使溫差變大。關閉熱源后，立方體內部空間經過一段時間后溫度仍高于上臂溫度，主要為 RT28 的液固轉變而釋放能量。 RT28 含量越高，調節效果越好。

　　3 結論

　　制備了不同含量 RT28 復合相變材料 RT28/EP-PCMs 的儲熱水泥板。發現隨著復合相變材料中RT28 含量的增加，儲熱水泥板表觀密度、抗壓強度和導熱系數增加，隔熱效果越好。

　　參考文獻：

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　　[2] 王瑾，趙亮。基于綠色鑄造的水玻璃砂造型存在的主要問題及其應對措施[J]. 鑄造技術， 2014, 35（1）： 175-177.

　　[3] 張正國 , 王學澤 , 方曉明。石蠟 / 膨脹石墨復合相變材料的結構與熱性能 [J]. 華南理工大學學報（自然科學版）， 2006,34（3）： 1-5.

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