【摘 要】
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传统日光温室的采暖系统正常运行时产生一定的资源损耗,对资源的供给和利用存在时间性和空间性,许多资源产生了供求不匹配、环境利用失衡和资源大量浪费的问题。相变材料蓄能研究是我国近年来在温室节能与资源调控领域的研发热点,对于提升温室太阳能的利用率、提高投资效率有着重大作用。相变材料(Phase Change Materials,PCM)是一项新发展的绿色环保型材料,在进行相态变化时吸收周围环境的大量热能
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传统日光温室的采暖系统正常运行时产生一定的资源损耗,对资源的供给和利用存在时间性和空间性,许多资源产生了供求不匹配、环境利用失衡和资源大量浪费的问题。相变材料蓄能研究是我国近年来在温室节能与资源调控领域的研发热点,对于提升温室太阳能的利用率、提高投资效率有着重大作用。相变材料(Phase Change Materials,PCM)是一项新发展的绿色环保型材料,在进行相态变化时吸收周围环境的大量热能,并在外界需要时再把能量释放出来。PCM最大的优点是储能密度高、相变潜热大,且能控制周围的环境温度变化,被广泛应用于温度管理。但是在实际应用中,PCM存在导热系数低,相变时易泄漏等问题。在这一背景下,本论文首先对常用的相变储能材料进行了研究,采用熔融混合法将固态石蜡和液态石蜡复合制成二元石蜡,并掺入导热材料纳米石墨,通过温度记录仪、差示扫描量热法(DSC)、X射线衍射仪(XRD)测试手段对所制备二元相变材料的传热储热性能、化学相容性进行分析,研究发现改性二元石蜡可降低成本、改善导热,满足温室农作物的生长条件。然后为了改善单一相变材料的潜热效果,开展二元石蜡与十六胺混合共晶得到新型多元相变材料,分别掺入纳米石墨、纳米氮化铝、铜粉进行改性,探索得出纳米氮化铝作为适宜的导热材料。最后多孔陶粒作为吸附载体材料,采用真空吸附法并经纳米氮化铝+苯丙乳液裹覆制备定型复合相变材料。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和高低温冷热循环试验箱对复合相变材料的热性能、微观形貌和热稳定性进行测试。研究表明固体石蜡、液体石蜡与十六胺质量比为50:18:32,掺入1%的纳米氮化铝得到的多元相变材料,与陶粒的质量比为27.5:72.5的定型复合相变储热材料热稳定性、耐久性较好,减少泄漏,具有可持续性意义。用定型复合相变储热陶粒替代部分粗集料制成了相变储能板,测定其蓄热和力学参数。结果表明:从储能效果方面考虑,相变陶粒为粗骨料体积的2/3时,复合相变储能板的潜热大,相变温度适宜,抗压强度适合一般日光温室,用于温室墙体内侧蓄热,从而达到较好的储能效果,减少温度“峰值”,改善温室内光热环境,对农作物的生产具有很大帮助,为相变蓄能技术在日光温室中推广应用奠定了基础。
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