十二水磷酸氢二钠/膨胀石墨(气相二氧化硅)复合相变材料的制备及在建筑屋顶中的应用

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建筑能源消耗巨大,建筑节能势在必行,将相变材料引入建筑物围护结构,并运用其的吸放热特点对房间温度加以适当调整,便可减少空调或采暖等装置的功率,以实现建筑节能的目的。水合盐相变材料因其高能量储存率与理想的相变温度成为节能领域的热门材料,发展前景广阔,十二水磷酸氢二钠(DHPD)作为典型的无机水合盐相变材料,具有相变温度适中(35℃左右)、潜热值高(256.6J/g左右)、价格低廉等优点,然而过冷与相分离的问题限制了其实际应用,且应用时的固液相变泄露问题与封装方式也值得关注,本文针对以上问题开展研究,主要工作如下:(1)选用羧甲基纤维素钠(CMC)、海藻酸钠(SA)、黄原胶(XG)这些传统意义上的增稠剂对DHPD进行改性,探究得5%XG+2%CMC能使得DHPD过冷度降至1.7℃,且CMC与XG的结合同样可以消除相分离。对加入了CMC与XG的材料进行DSC测试,发现其相变温度为36.2℃,相变潜热为201.5 J/g,与理论潜热相差不超过2%,对其进行了50次热循环,其相变温度与过冷度保持良好,说明材料具有良好的热稳定性。(2)对减小了过冷的DHPD PCMs用EG进行封装,通过实验表明,EG与DHPD PCMs复合的最佳比例为15%,在该比例下加热无泄漏,相变温度为40.55℃,相变潜热为152.1 J/g,经过200次循环后,相变温度仅下降1.27℃,相变潜热仅减小了4.3%,热稳定性良好,导热系数为3.647 W·m-1·K-1。同时红外与XRD的结果也表明材料具有良好的结构稳定性。用Si O2封装DHPD PCMs,发现气相Si O2的加入提高了材料的相变温度并使得潜热降低,从泄露实验看,二氧化硅的最佳比例为22.5%,该比例下相变温度为41.5℃,相变潜热为103.46J/g,并进行了导热系数测试,对比未加Si O2时材料导热系数降低了47%。对材料进行了200次冷热循环,结果显示相变温度略有起伏,相变潜热仅减小了4%,表现了良好的热稳定性。(3)将DHPD PCMs/EG与DHPD PCMs/Si O2复合相变材料制备成板,将这两种相变板应用于建筑屋顶中,相变板的加入提高了建筑的热舒适性,未加相变板时室中心温度维持在热舒适温度24-28℃之间的时间仅有149mins,加入EG板后,EG板位于外、中、内层时室中心温度维持在24-28℃之间的时间分别为216 mins、228 mins和218 mins,其中EG板位于中间层时效果最好,加入Si O2板后,Si O2板位于外、中、内层时室中心温度维持在24-28℃之间的时间分别为230 mins、187mins和213mins,其中Si O2板位于外层时效果最好,两种相变板均大幅提高了热舒适时间,达到了建筑节能的效果。
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