建筑圍護(hù)工程用相變儲能材料的關(guān)鍵制備技術(shù)

李小鵬(武昌工學(xué)院，湖北 武漢 430000)

0 引言

社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化的進(jìn)程不斷加快，在環(huán)境問題等多方面因素的影響下，在建筑工程中大家都非常注重節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用與普及。而相變儲能建筑材料在當(dāng)前的建筑行業(yè)中逐漸被重視起來，因此研究人員對相變儲能建筑材料的使用加大研發(fā)與應(yīng)用的研究。這種相變儲能建筑材料在能源存儲和節(jié)能方面都有著優(yōu)越的表現(xiàn)，能夠滿足到當(dāng)前建筑行業(yè)中對節(jié)能的要求與需求。

1 相變儲能建筑材料

1.1 相變儲能材料的概念

相變儲能材料是一種在特定的溫度與范圍中，其材料本身的狀態(tài)能夠根據(jù)所處的環(huán)境來進(jìn)行變化，從而極大地發(fā)揮出材料的性能。當(dāng)環(huán)境的溫度逐漸升高或者是下降的情況下，相變儲能材料都能根據(jù)當(dāng)時(shí)所處的環(huán)境溫度變化而把多余的熱量進(jìn)行儲存或者是釋放，充分起到了節(jié)能的作用。相變儲能材料根據(jù)具體的使用途徑，可以把其分為潛熱、顯熱與化學(xué)反應(yīng)三種不同性質(zhì)的儲能材料。而在具體的使用過程中，顯熱材料的儲能效率是最低的，其對環(huán)境的要求較高。而化學(xué)儲能材料及工藝較為復(fù)雜，在實(shí)際使用中受到了一定的限制。因此，在這三種材料中目前應(yīng)用最為較廣泛的則是潛熱材料，因?yàn)闈摕醿δ懿牧显谠O(shè)計(jì)上相對而言要更加的靈活和簡單，能夠更好地適應(yīng)環(huán)境，且不用耗費(fèi)過大的成本與時(shí)間。

1.2 相變儲能材料的應(yīng)用價(jià)值

人們對建筑的需求量越來越大，因此建筑技術(shù)則需要不斷提高，從而滿足當(dāng)前建筑領(lǐng)域的需求。當(dāng)前傳統(tǒng)的建筑材料已無法滿足快速發(fā)展的建筑行業(yè)的需求，而相變儲能材料由于其自身的材料特性，在建筑發(fā)展當(dāng)中具有較的應(yīng)用場景與價(jià)值。在建筑施工的過程中，結(jié)合相變儲能材料加入到傳統(tǒng)的建筑材料當(dāng)中進(jìn)行施工，能夠有效地加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的承載力，讓建筑的性能變得更好，同時(shí)達(dá)到節(jié)能的效果，優(yōu)化人們的居住環(huán)境。其次，在實(shí)際使用相變儲能材料時(shí)，可以降低室內(nèi)的整體溫度波動(dòng)，使溫度維持在一個(gè)較為合理的數(shù)值以內(nèi)。由于其本身具有保溫的性能與特點(diǎn)，因此，在建筑材料中結(jié)合相變儲能建筑材料，能夠減少空調(diào)和供暖設(shè)備的運(yùn)行頻率，達(dá)到節(jié)約成本、保護(hù)環(huán)境的重要作用[1]。

2 相變儲能建筑材料應(yīng)用技術(shù)

2.1 應(yīng)用于墻體建筑節(jié)能工程當(dāng)中

保護(hù)環(huán)境依然是當(dāng)前的主要趨勢，因此國家對建筑行業(yè)當(dāng)中采用節(jié)能材料十分重視。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，在使用相變儲能建筑材料以后，其房間的整體溫度波動(dòng)幅度較為平穩(wěn)。通過統(tǒng)計(jì)研究表明，在使用了相變儲能建筑材料以后，其年用電量成本更低，在房間內(nèi)的每平方米二氧化碳總排放量也有所減少[2]。

2.2 高溫相變儲能技術(shù)應(yīng)用

相變儲能材料本身具有較強(qiáng)的高溫適應(yīng)性。在實(shí)際使用的過程中，不僅是在建筑行業(yè)得到應(yīng)用，還被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、冶金等各種行業(yè)當(dāng)中。比如熱管換熱器，該裝置當(dāng)中的組成部分由管芯、外殼和管等，其主要的作用就是用來實(shí)現(xiàn)能源的儲存和轉(zhuǎn)移。而在使用了相變儲能材料以后，因其本身具有良好的節(jié)能效果并能夠充分利用余熱，起到了成本節(jié)約的效果[3]。

2.3 相變儲能混凝土的應(yīng)用

在建筑節(jié)能中，應(yīng)用這種相變儲能混凝土材料相比普通的混凝土，其具有更好的熱容性且不影響耐久性。作為外墻體的材料，在實(shí)際使用的過程中，對室內(nèi)溫度的穩(wěn)定起到明顯作用，不容易因?yàn)榄h(huán)境而發(fā)生變化，具有經(jīng)久耐用的特點(diǎn)。

2.4 中低溫相變儲能技術(shù)應(yīng)用

2.4.1 建筑供暖儲能

在當(dāng)前的建筑供暖方式中，主要是采用集中供暖和分散供暖兩種方式。當(dāng)建筑的儲能性能較好的情況下，供暖系統(tǒng)當(dāng)中的熱能變化就會減少，從而節(jié)省成本降低能耗。當(dāng)建筑材料其儲能性能較差的情況下，供暖系統(tǒng)的變化就會更高，消耗的能耗也會隨之增加，對環(huán)境的污染則會進(jìn)一步加重。基于此，在建筑當(dāng)中，結(jié)合相變儲能系統(tǒng)能夠降低能耗的損失。

2.4.2 在太陽能利用領(lǐng)域

當(dāng)前世界各國都有在深入研究太陽能，當(dāng)前主要利用的有太陽能制冷和太陽能發(fā)電等。但是由于太陽能的磁通密度不高，并且極為容易受到環(huán)境的影響，所以采用高效的能源存儲技術(shù)是對太陽能利用的關(guān)鍵。因此當(dāng)前在太陽能利用領(lǐng)域當(dāng)中結(jié)合相變儲能技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)更為高效的儲能作用。

3 建筑維護(hù)工程用相變儲能材料案例分析

我國北方地區(qū)氣候極為寒冷，僅依靠普通的熱能供暖方式，給北方的室內(nèi)進(jìn)行升溫的情況下會導(dǎo)致能耗的大量損失。在當(dāng)前對節(jié)能要求較高的情況下，則需要對這種簡單的熱能供暖方式進(jìn)行調(diào)整。有效方式之一是對北方的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化。在北方的建設(shè)中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身對保溫性要求非常高。因此，在北方的圍護(hù)結(jié)構(gòu)當(dāng)中，結(jié)合相變儲能材料是當(dāng)前的一種趨勢。因?yàn)橄嘧儍δ懿牧夏軌蚱鸬秸{(diào)節(jié)溫度的作用，尤其是在北方冬季的情況下，能夠起到保溫的效果[4]。

3.1 相變材料性能要求

在北方的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)當(dāng)中結(jié)合相變儲能材料，應(yīng)充分發(fā)揮該材料的性能要達(dá)到調(diào)溫、除熱節(jié)約常規(guī)能源的作用。在我國北方的冬季對居住環(huán)境的溫度，最為合理的應(yīng)當(dāng)要保持在20～25 ℃?；诖?，對于相變儲能材料的要求：

(1) 相變溫度范圍應(yīng)當(dāng)要在15～30 ℃之間；

(2) 相變儲能材料要具備潛熱大、儲熱效率高的特點(diǎn)；

(3) 相變儲能材料的化學(xué)穩(wěn)定性要達(dá)標(biāo)且材料無毒無腐蝕，不會因?yàn)榄h(huán)境的原因而產(chǎn)生有害的物質(zhì)，從而對人們的身體健康造成影響；

(4) 所采用的材料應(yīng)當(dāng)要符合經(jīng)濟(jì)效益最大化的原則，其價(jià)格要盡可能的低廉，但同時(shí)也要保證材料的性能，要符合要求。

根據(jù)相變儲能材料的特點(diǎn)，在較低的溫度下會出現(xiàn)放熱的情況。而在維護(hù)結(jié)構(gòu)當(dāng)中，使用這種材料則能有效地降低室內(nèi)室外的溫差，保存熱量，防止熱量的流失。

3.2 相變儲能材料的選擇

相變儲能材料的選擇是否合理，將會決定著其應(yīng)用的實(shí)際效果。根據(jù)北方氣候的特點(diǎn)，在進(jìn)行相變材料選擇上可以采用紅色珍珠巖顆粒相變材料，因?yàn)檫@種紅色珍珠巖顆粒相變材料，其相變的峰值溫度能夠達(dá)到24 ℃，相變的范圍能保持在19～28 ℃區(qū)域內(nèi)，基本符合了在北方使用相變材料的性能要求。這種材料的升溫階段相變的過程時(shí)間總長不超過30 min，并且降溫過程釋放能量的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于30 min，這意味著紅色珍珠巖顆粒相變儲能材料能夠在白天吸收與存儲太陽能，夜間再緩慢地釋放能量，提高室內(nèi)溫度，符合當(dāng)前北方建筑工程當(dāng)中對建筑的要求。

4 相變儲能材料的發(fā)展趨勢

相變儲能材料具有非常大的價(jià)值，在未來的發(fā)展上會有更大的應(yīng)用場景，根據(jù)當(dāng)前材料的特點(diǎn)其發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在：第一，在使用相變儲能材料的時(shí)候，為了能夠更加廣泛的應(yīng)用，材料成本將會越來越低；第二，針對不同的環(huán)境特點(diǎn)，有針對性地逐步開發(fā)出能夠與之相對應(yīng)的具有儲能采暖性質(zhì)的材料，從而更好地達(dá)到當(dāng)前對節(jié)能的要求，有效地保護(hù)環(huán)境，降低建筑能耗的損失[5]。

5 結(jié)語

在當(dāng)前提倡要節(jié)能環(huán)保的情況下，在建筑領(lǐng)域中需要使用節(jié)能建筑材料，從而起到節(jié)能的目的。因此，人們逐漸開始重視相變儲能材料的應(yīng)用，這種材料其具有較好的性能，能夠自動(dòng)吸收和存儲熱能并且進(jìn)行釋放。在我國北方較為寒冷的地區(qū)，可以充分結(jié)合這種相變儲能材料應(yīng)用到建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，有效發(fā)揮調(diào)溫調(diào)濕的作用。相變儲能材料應(yīng)用場景較為廣泛，不僅可以應(yīng)用在墻體的建筑節(jié)能工程中，還可以應(yīng)用到其他行業(yè)。