相變材料在建筑節(jié)能中的運用形式

王西安

(西安森科建筑工程設計咨詢有限公司,陜西 西安 710043)

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,人均GDP不斷上升,人們對生活的要求更好,對生活條件要求更加苛刻。此時,節(jié)能、環(huán)保、低碳已經(jīng)成為社會發(fā)展的主旋律。相變材料是一種擁有儲能功能的材料,它能夠在特定的溫度范圍內(nèi)使物質(zhì)發(fā)生相變,在相變過程中吸收或是放出大量的熱量,因此,能夠用來儲存能量。

1 變相材料

變相材料又稱變相儲能材料(PCMs),它的儲能在于,當溫度高于相變點時,吸收熱量發(fā)生變化,形成了熱能的儲備。當溫度低于相變點時,相變儲能材料可以釋放熱量發(fā)生逆相變。相變儲能材料最大的特點就是其儲能功能非常強大,在相變過程中自身的溫度幾乎保持不便,又能大量潛熱(吸收或是釋放能量),更近一步的同步了供能時間和速度。儲能材料對室溫的強大控制,符合了建筑節(jié)能的要求,適用于建筑保溫領域[1]。

相變材料根據(jù)不同的分類方法可以分為多種,按照相態(tài)變化可以分為氣固、氣液、固液、固固相變材料。雖然氣固和氣液相變材料的潛熱能要大于其他兩種,但是其在潛熱是會有氣體產(chǎn)生,改變了材料的體力,不利于處理。以此,在實際的建筑節(jié)能使用中,使用較多的是固液相變材料和固固相變材料。

2 相變材料在建筑節(jié)能中的運用

2.1 相變材料在圍護結(jié)構中的應用

建筑的圍護結(jié)構是建筑內(nèi)外之間的隔絕,如何做到建筑外環(huán)境不影響建筑內(nèi)的溫度,并且做到節(jié)能,是建筑節(jié)能設計師一直在深入探究的問題[2]。在建筑的圍墻當中加入變相材料,可以通過其儲能功能來維持室內(nèi)溫度的穩(wěn)定,讓室溫處于讓人舒適的狀態(tài),同時降低了能量的損耗。由于變相材料在建筑節(jié)能中發(fā)揮強大的作用,國外很多專家都在致力于建筑圍護結(jié)構節(jié)能的變相材料研究。第一個變相性質(zhì)的板墻就是Kedl等人利用十八烷石蠟侵入墻板來研究而成。除此之外,還有人通過傅里葉紅外光譜掃描了無機物變相材料的結(jié)構,證實了其穩(wěn)定性,同時使用DSE測試出儲能能力。在社會的不斷發(fā)展進步之下,變相材料在建筑節(jié)能墻體的嵌入技術越來越先進,國外專家研究出了透明式的外墻,擁有蓄放熱功能的同時,可以利用太陽輻射,提升蓄放熱的效率；還有專家選用的混合物質(zhì)的的變相材料,通過直接混合法制備出了比普通外墻蓄放熱能力強10倍的墻體[3]。

2.2 變相材料在新型砂漿中的應用

砂漿的保溫性能也是建筑節(jié)能的一個體現(xiàn),在建筑領域中,通常用水泥、膨脹珍珠巖等輕質(zhì)多孔無機材料、聚合物制成保溫抹面砂漿,其擁有良好的保溫性能并且安全穩(wěn)定,造價低廉。國內(nèi)專家使用十八蠟作為變相材料,采用膨脹珍珠巖定型,制成的保溫砂漿各項性能均達到標準,在建筑節(jié)能施工中,可以大批量使用。在市場上,我們還會簡單保溫干粉砂漿,它是以乳化法制備,變相石蠟為變相材料,膨脹珍珠巖定型配制而成,有著大蓄熱、小導熱系數(shù)等特點。

3 變相材料在建筑節(jié)能中存在的問題

變相材料的突出儲能功能,讓建筑節(jié)能能夠更加有效的落實,建筑結(jié)構也更加穩(wěn)定,符合了建筑領域的可持續(xù)性發(fā)展又不失其美觀和舒適。目前,國內(nèi)外很多專家對變相材料的研究大部分都集中在有機變相材料上。對于變相材料的研究和發(fā)展還是存在一些問題,下文將具體分析目前存在的問題。

3.1 變相材料的制備方法還不成熟

目前,變相材料在建筑節(jié)能中的制備方法通常有直接深入或是混入、微膠囊等等,微膠囊法相對來說技術要求比較高,隨之而來的是成本上升,最重要的是其添加到建筑材料中,容易引起材料力學性質(zhì)發(fā)生改變,使得材料失去了本身的價值。直接深入法,在操作的過程中,容易產(chǎn)生滲漏,造成損失；直接混入法是將變相材料直接混入建筑材料中,是一種長期性存在的材料,會影響材料本身的一個耐久性能。目前使用的方法都存在一些問題有待研究改善,還需要進一步成熟化變相材料的制備。

3.2 變相材料的評價標準還不確定

變相材料的起步比較晚,發(fā)展時間也不夠長,沒有一個具體合理的運用形式也沒有形成一套可以參照的標準制度。由于沒有具體的評價標準,讓變相材料的發(fā)展沒有了具體階段的目標和策略,對于室內(nèi)變相材料導熱分析,還需要建設實驗室進行進一步研究。

4 變相材料的未來發(fā)展方向

變相材料已經(jīng)成為了建筑節(jié)能的重點課題,經(jīng)過上文對變相材料運用和不足之處的分析,我認為在未來變相材料在建筑領域中的發(fā)展可以從以下四點內(nèi)容來進行：①不局限于有機變相材料,開發(fā)更多的種類的變相材料,在穩(wěn)定性、耐久性、經(jīng)濟性等方面上不斷強化。②改變變相材料在建筑材料中的制備方式,制備出性能穩(wěn)定的材料。③從一定程度上增強變相材料的力學性,研究更穩(wěn)定的變相建筑材料。④深入研究定型變相材料,擴大定型變相材料的使用范圍,加快其發(fā)展。

5 結(jié)束語

隨著建筑領域中節(jié)能設計的大力推廣,更多的專家投入到建筑節(jié)能領域的研究中,建筑節(jié)能率也在不斷的提高。在不斷的發(fā)展建設過程中,單一的節(jié)能材料已經(jīng)不滿足建筑節(jié)能的需要。變相節(jié)能建筑材料成為了新一代的建筑節(jié)能技術,但變相節(jié)能建筑材料的發(fā)展中還存在一些問題,望各界同仁能夠協(xié)作,用我們的智慧去創(chuàng)造建筑節(jié)能的新時代。