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高分子相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能中的研究與應(yīng)用的論文
“十一五”期間我國(guó)啟動(dòng)的重點(diǎn)節(jié)能工程中，建筑節(jié)能約占總量的45%，這說(shuō)明建筑能耗的節(jié)約已經(jīng)成為最大的節(jié)能項(xiàng)目。因此，建筑節(jié)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用已成為當(dāng)前建筑材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。在建筑物各部位的能耗損失中，建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)占了很大份額，其中主要節(jié)能部位是墻體，此外屋面、地面以及門窗也被列出節(jié)能的重要部位，所以對(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)采取的節(jié)能措施是最積極有效的節(jié)能方法之一。
一、高分子相變材料的研究進(jìn)展
（一）相變儲(chǔ)能材料的分類
相變儲(chǔ)能材料的分類方式有很多種。按照相變方式可將相變儲(chǔ)能材料（PCM）分為固-液相變材料、固-固相變材料、固-氣相變材料及液-氣相變材料。后兩種類型的相變材料在相變過(guò)程中雖然有很大的相變潛熱存在，但是相變過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)大量氣體，在實(shí)際的應(yīng)用中使材料的體積變大，不利于使用。而前兩種類型的相變材料在實(shí)際的工程中應(yīng)用比較廣泛，其中固
固相變材料的發(fā)展非常迅速，這種相變材料是通過(guò)晶型的轉(zhuǎn)變來(lái)進(jìn)行能量的儲(chǔ)存和釋放，在高分子固-固相變材料領(lǐng)域更是有很多優(yōu)點(diǎn)。固-液相變材料與固-固相變材料相比較則是一種較為成熟的相變材料，這種材料是通過(guò)物質(zhì)在熔融態(tài)和凝固態(tài)的互相轉(zhuǎn)變來(lái)釋放和儲(chǔ)存能量，因此，固液相變材料在發(fā)生相變時(shí)會(huì)產(chǎn)生液體的流動(dòng)，如果不采取封裝措施，會(huì)產(chǎn)生滲漏和流失的現(xiàn)象，材料的形狀也會(huì)發(fā)生變化，不利于實(shí)際應(yīng)用。
（二）相變儲(chǔ)能材料制備技術(shù)
（1）物理吸附法。相變材料與基體材料的相容性存在一定問(wèn)題，使用中可能出現(xiàn)相變材料的滲出，從而導(dǎo)致表面結(jié)霜等現(xiàn)象。通過(guò)添加多孔材料對(duì)液態(tài)的物質(zhì)進(jìn)行吸附，從而達(dá)到相變材料的工作穩(wěn)定性，使之在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中不發(fā)生體積變化，液體的滲漏等不良狀況。
（2）熔融共混法。有些相變材料與載體基質(zhì)的相容性良好，熔融后混合在一起制成成分均勻的相變儲(chǔ)能材料，主要體現(xiàn)在高分子材料基體與有機(jī)物相變材料的制備上。該法一般制備定形相變材料。
（3）微膠囊化。微膠囊技術(shù)是一種用成膜材料把固體或液體包覆使形成微小粒子的技術(shù)。得到的微小粒子稱微膠囊，一般粒子大小在1～300llm范圍內(nèi)。包在微膠囊內(nèi)部的物質(zhì)稱為囊心（也稱為芯材、內(nèi)核），囊心物質(zhì)為PCM的稱為微膠囊相變材料（MPCM）。目前可作為微膠囊內(nèi)核物質(zhì)的固液相變材料有結(jié)晶水合鹽、共晶水合鹽、直鏈烷烴、石蠟類、脂肪酸類和聚乙二醇等。微膠囊外部為成膜材料形成的包覆膜，稱為壁材（也稱為外膜、囊壁）。壁材通常為合成高分子材料，可選用的壁材有聚乙烯、聚苯乙烯、聚脲、聚酰胺、環(huán)氧樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、三聚氰胺甲醛樹(shù)脂等。此外，有些微膠囊相變材料中還含有成核劑等其它助劑，用來(lái)改善相變材料的性能。
（4）壓制燒結(jié)法。該法主要用于制備高溫定形相變材料，張仁元等成功制備了Na2C03 BaC03/MgO、Na2S04/Si02兩種無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基復(fù)合儲(chǔ)熱材料。這種材料應(yīng)用于高溫工業(yè)爐，既能起到節(jié)能降耗的作用，又可減小蓄熱室的體積，有利于設(shè)備的微型化。
二、高分子相變材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用
（一）相變儲(chǔ)能材料的節(jié)能理論
建筑節(jié)能具體指在建筑物的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、新建（改建、擴(kuò)建）、改造和使用過(guò)程中，執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，采用節(jié)能型的技術(shù)、工藝、設(shè)備、材料和產(chǎn)品，提高保溫隔熱性能和采暖供熱、空調(diào)制冷制熱系統(tǒng)效率，加強(qiáng)建筑物用能系統(tǒng)的運(yùn)行管理，利用可再生能源，在保證室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量的前提下，減少供熱、空調(diào)制冷制熱、照明、熱水供應(yīng)的能耗。
（二）高分子相變材料在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用
為了提高建筑物的利用率，把相變儲(chǔ)能材料應(yīng)用于建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，是提高建筑物節(jié)能性的一個(gè)重要途徑。Khudhair等人給出了建筑儲(chǔ)能常用的無(wú)機(jī)和有機(jī)相變材料，由于固液相變材料使用時(shí)封裝較困難，不少研究者對(duì)材料進(jìn)行了研究與改進(jìn).Hawes和Feldman等人綜述了有機(jī)相變材料在各種建筑水泥中的吸收特性和吸收機(jī)理，Hawes等人研究了有機(jī)相變材料在各種建筑水泥中的穩(wěn)定性，德國(guó)BASF公司將石蠟封裝在微膠囊中，研制出石蠟砂漿，并已將這種砂漿用于房屋的內(nèi)墻表面上，近幾年出現(xiàn)的一種定形相變材料（shape stabilizedPCM），是由相變材料（芯材）和高密度聚乙烯作為支撐材料（囊材）構(gòu)成。
（三）高分子相變材料在建筑板材上的應(yīng)用
把相變材料摻入到石膏板中制備的相變板材主要用作外墻的內(nèi)壁材料。胡小芳等采用石蠟作為相變儲(chǔ)能介質(zhì)，以多孔陶粒作為吸附基質(zhì)，將該儲(chǔ)能材料加入到石膏板中，可明顯提高石膏板的儲(chǔ)能密度，延長(zhǎng)儲(chǔ)熱時(shí)間.但由于在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)石蠟不同程度的泄露，使其熱性能衰退，還需要不斷改進(jìn).在地板中應(yīng)用定形相變材料使得相變材料與地板采暖系統(tǒng)相結(jié)合成為可能.現(xiàn)今，在地板領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用中不光是傳統(tǒng)的木質(zhì)地板，新興起的聚合物板材，如PVC板、木塑復(fù)合地板都可以作為地板，其耐磨性、耐化學(xué)腐蝕性、美觀性有了較大提高。相變材料只要溫度低于支撐載體的熔點(diǎn)，即使定形相變材料中的相變材料從固體變?yōu)橐后w，就可以直接與傳熱介質(zhì)或加熱器接觸，這樣可以減小熱阻，降低熱損。林坤平、張寅平等建立了分析定性相變材料蓄熱地板電采暖系統(tǒng)熱性能的理論模型，分析了系統(tǒng)各因素對(duì)熱性能的影響。
三、高分子相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能中的展望
大量的國(guó)內(nèi)外知名學(xué)者在近年來(lái)通過(guò)對(duì)高分子相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能中研究中表明，這種材料無(wú)論是自身的性能還是經(jīng)濟(jì)性因素仍存在諸多問(wèn)題，主要表現(xiàn)在：①相變材料與高分子基體的相容性不好，需對(duì)現(xiàn)編材料進(jìn)行改性；②相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)不夠大，無(wú)法提高材料的換熱效率和穩(wěn)定性以及單位體積的蓄熱量。③相變材料的封裝工藝需要改進(jìn)，使之達(dá)到滲漏的穩(wěn)定性要求。④成本較高。
因此如何選取經(jīng)濟(jì)、環(huán)保且與建材基體相容性好的相變材料制備各種符合要求的相變儲(chǔ)能材料成了日后研究的主題。隨著新型PCM的發(fā)展，尤其是高分子PCM以及復(fù)合PCM，其本身出現(xiàn)的問(wèn)題能夠得以解決，使之在建筑節(jié)能領(lǐng)域大有用武之地，其前景也會(huì)越來(lái)越廣闊。
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