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空调制冷能耗在建筑总能耗中占有较大的比重。将相变蓄冷技术应用于空调体系,能够有效地平衡电力负荷、实现电力的“移峰填谷”、提高能源利用效率。相变蓄冷技术的核心是相变材料(PCM),其中无机盐类的水合盐(物)PCM在单位体积潜热、导热系数以及成本等方面具有竞争力;但其存在过冷、相分离、液相泄露等问题,需要寻找合适的成核剂及定型载体;此外,单一 PCM的相变温度难以满足蓄冷温度要求,需添加改性剂以调节相变温度。为此,本论文以空调相变蓄冷为背景,致力开展高性能水合盐(物)定型复合相变材料(CPCM)的研究。具体研究工作如下:首先,以尿素(urea)和乙醇(ethanol)作温度调节剂,对六水氯化钙(CaCl2·6H2O)进行改性;制备了可适用于空调蓄冷的改性CaCl2·6H2O(CaCl2·6H2O-urea-ethanol)复合物。探讨不同调温剂及用量对改性CaCl2·6H2O相变温度及焓值的影响;以六水氯化锶(SrCl2·6H2O)及硼砂作为成核剂,分析不同成核剂及含量下改性CaCl2·6H2O的过冷度及热物性;考察成核剂对改性CaCl2·6H2O结晶形貌的影响;分析改性CaCl2·6H2O PCM的化学组分。DSC分析结果表明,含15 wt.%尿素和5.0 wt.%乙醇的改性CaCl2·6H2O的相变温度为11.62℃、相变焓值为127.2 J/g,具有作为空调蓄冷介质的潜力。步冷曲线结果表明,在相同添加量下,SrCl2·6H2O成核剂对改性CaCl2·6H2O PCM的过冷改善效果优于比硼砂;加入2.0 wt.%SrCl2·6H2O后,改性CaCl2·6H2O PCM的过冷度可降低至0.95℃;且SrCl2·6H2O的添加对改性CaCl2·6H2O PCM的相变温度以及焓值影响不大。光学显微镜进一步证实了 SrCl2·6H2O能够强化改性CaCl2·6H2O的结晶性能,FT-IR验证了 CaCl2·6H2O-urea-ethanol相变材料的基本组成。其次,为解决改性CaCl2·6H2O PCM液体泄露及强化热传导的问题,采用膨胀石墨(EG)作为导热增强剂及多孔载体,采用熔融共混法制备了高性能膨胀石墨基改性CaCl2·6H2O(改性 CaCl2·6H2O/EG)定型 CPCM;着重讨论不同目数(50、80、100 目)EGs下CPCM的定型效果、热导率和相变行为。结果表明,相比于EG-80以及EG-100,由于高的微孔比例、比表面积及孔容,EG-50对改性CaCl2·6H2O PCM的定型效果及吸附性能最好。孔结构分析及SEM观察结果表明,改性CaCl2·6H2O PCM能很好地填充在EG的孔隙中。与EG-80以及EG-100相比,EG-50基改性CaCl2·6H2O CPCM的导热系数和潜热高,归因于EG-50低的界面热阻及较小的约束效应;此外,EG的加入可进一步抑制改性CaCl2·6H2O PCM的过冷度。第三,通过溶胶-凝胶法对EG(50目)进行TiO2亲水涂层改性,旨在提高EG与改性CaCl2·6H2O相变材料的相容性。将EG@TiO2(MEG)与改性CaCl2·6H2O相变材料进行物理熔融共混,制备高导热的MEG基定型复合相变材料(改性CaCl2·6H2O/MEG)。优化TiO2的负载量,考察EG改性前后对改性CaCl2·6H2O PCM的静态吸附能力;确定了 MEG的最佳加入量;采用XRD、FT-IR、SEM-EDS、比表面积分析仪(BET)对EG、MEG以及定型CPCM进行表征;考察了定型CPCM复合前后的导热系数和循环稳定性。接触角测试结果表明负载15 wt.%TiO2的MEG对改性CaCl2-6H2O PCM具有更好地润湿性;静态吸附曲线表明,与EG相比,MEG对改性CaCl2·6H2O PCM的吸附容量和吸附速率明显提高。泄漏实验表明21 wt.%MEG能够有效防止改性CaCl2·6H2O PCM的液相泄漏。XRD和FT-IR的分析结果表明TiO2成功地负载于EG。SEM-EDS和孔结构分析结果显示TiO2颗粒在EG的表面堆积成层状,同时MEG仍保留EG固有的介孔结构;与改性CaCl2·6H2O PCM定型复合后,其孔结构基本被占据。制备的MEG基改性CaCl2·6H2O CPCM的相变温度为10.67℃,熔化焓值为88.39 J/g,过冷度为0.18℃;100次热循环前后,相变温度、焓值以及过冷度变化均可忽略;同时与MEG复合后,改性CaCl2·6H2O PCM具有增强的导热系数(8.831 W·m-1·K-1)。第四,以四丁基溴化铵(TBAB)水合物作为蓄冷PCM,低导热的二氧化硅(SiO2)作为多孔支撑材料,制备了 SiO2基TBAB水合物定型CPCM(TBAB水合物/SiO2)。优化了 TBAB水合物中TBAB的质量分数,探讨了十二水磷酸氢二钠(Na2HPO4·12H2O)成核剂用量对TBAB水合物过冷的影响;确定SiO2支撑材料的最低用量;对制备的定型CPCM的相变性质、热稳定性、孔结构、SEM、FT-IR、热可靠性以及导热系数进行了表征。结果表明,40 wt.%TBAB水合物的相变温度为11.81℃,潜热高达211.9 J/g;添加2.5 wt.%Na2HPO4·12H2O能最大化降低TBAB水合物的过冷度(3.52℃),光学显微镜证实了 Na2HPO4·12H2O成核剂对TBAB水合物的强化结晶能力;加入含30 wt.%SiO2制备的定型CPCM在融化时无明显的液体泄漏,其熔点温度为8.33℃,潜热高达134.0 J/g,过冷度低至2.01℃;在100次加热冷却循环后,定型CPCM的相变温度、熔化焓值及过冷度均变化较小。孔结构分析以及SEM观察结果表明,SiO2的孔结构基本被TBAB水合物填充。FT-IR分析结果表明TBAB水合物与SiO2的定型复合只存在物理作用。同时,TG和导热系数测试结果分别表明制备的SiO2基TBAB水合物定型CPCM具有优异的热可靠性。最后,采用混合溶剂法,以CNT作为导热系数增强剂,合成了 CNT@MIL-101(Cr)的金属有机框架(MOF)多孔支撑材料,并制备了 MOF基TBAB水合物定型CPCM(TB AB 水合物/CNT@MIL-101(Cr)),采用 XRD、FT-IR、BET、SEM 对 CNT@MIL-101(Cr)以及TBAB水合物/CNT@MIL-101(Cr)进行结构、化学组分、孔结构、表观形貌进行一系列表征。XRD分析表明CNT的加入量不高于11 wt.%时,合成的产物主要是MIL-101Cr),当CNT加入量超过11 wt.%时,MOF产物中有明显MIL-53(Cr)的生成。泄漏试验表明30 wt.%CNT@MIL-101(Cr)的加入量能有效防止TBAB水合物的泄露问题,且进一步表明CNT@MIL-101(Cr)中CNT的加入量最高为11 wt.%。孔结构及SEM分析结果显示TBAB水合物能很好地分散在CNT@MIL-101(Cr)的孔结构中。FT-IR分析进一步表明11 wt.%CNT加入下不影响MIL-101(Cr)的晶化生成,同时TBAB水合物与CNT@MIL-101(Cr)是通过物理作用进行定型复合。该MOF基TBAB水合物CPCM的相变温度为7.99℃、相变潜热为126.3 J/g、过冷度可低至1.64℃,同时其导热系数明显增强。