1、高分子相变储能材料在建筑节能中的研究与应用 摘要 高分子相变储能材料在建筑节能中发挥了很大作用。本文对建筑节能的发展现状进行了叙述，对高分子相变材料的种类、制备方法进行了阐述，通过研究国内外研究成果，论述了高分子材料在建筑节能中的应用方式，并对今后高分子相变材料的发展做了展望。 关键词 高分子材料 相变储能 建筑节能 “ 十一五 ” 期间我国启动的重点节能工程中，建筑节能约占总量的 45%，这说明建筑能耗的节约已经成为最大的节能项目。因此，建筑节能技术的开发与应用已成为当前建筑材料领域的热点问题之一。在建筑物各部位的能耗损失中，建筑的外围护结构占了很大份额，其中主要节能部位是墙体，此外屋面、地
2、面以及门窗也被列出节能的重要部位，所以对外围护结构采取的节能措施是最积极有效的节能方法之一。 一、高分子相变材料的研究进展 （一）相变储能材料的分类 相变储能材料的分类方式有很多种。按照相变方式可将相变储 能材料（ PCM）分为固 -液相变材料、固 -固相变材料、固 -气相变材料及液 -气相变材料。后两种类型的相变材料在相变过程中虽然有很大的相变潜热存在，但是相变过程中会出现大量气体，在实际的应用中使材料的体积变大，不利于使用。而前两种类型的相变材料在实际的工程中应用比较广泛，其中固 固相变材料的发展非常迅速，这种相变材料是通过晶型的转变来进行能量的储存和释放，在高分子固 -固相变材料领域更是
3、有很多优点。固 -液相变材料与固 -固相变材料相比较则是一种较为成熟的相变材料，这种材料是通过物质在熔融态和凝固态的互相转变 来释放和储存能量，因此，固液相变材料在发生相变时会产生液体的流动，如果不采取封装措施，会产生渗漏和流失的现象，材料的形状也会发生变化，不利于实际应用。 （二）相变储能材料制备技术 （ 1）物理吸附法。相变材料与基体材料的相容性存在一定问题，使用中可能出现相变材料的渗出，从而导致表面结霜等现象。通过添加多孔材料对液态的物质进行吸附，从而达到相变材料的工作稳定性，使之在实际应用过程中不发生体积变化，液体的渗漏等不良状况。 （ 2）熔融共混法。有些相变材料与载体基质的相容性良
4、好，熔融后混 合在一起制成成分均匀的相变储能材料，主要体现在高分子材料基体与有机物相变材料的制备上。该法一般制备定形相变材料。 （ 3）微胶囊化。微胶囊技术是一种用成膜材料把固体或液体包覆使形成微小粒子的技术。得到的微小粒子称微胶囊，一般粒子大小在 1 300llm范围内。包在微胶囊内部的物质称为囊心（也称为芯材、内核），囊心物质为PCM 的称为微胶囊相变材料（ MPCM）。目前可作为微胶囊内核物质的固液相变材料有结晶水合盐、共晶水合盐、直链烷烃、石蜡类、脂肪酸类和聚乙二醇等。微胶囊外部为成膜材料形成的包覆膜，称为壁材 （也称为外膜、囊壁）。壁材通常为合成高分子材料，可选用的壁材有聚乙烯、聚苯
5、乙烯、聚脲、聚酰胺、环氧树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂等。此外，有些微胶囊相变材料中还含有成核剂等其它助剂，用来改善相变材料的性能。 （ 4）压制烧结法。该法主要用于制备高温定形相变材料，张仁元等成功制备了 Na2C03 BaC03/MgO、 Na2S04/Si02 两种无机盐 /陶瓷基复合储热材料。这种材料应用于高温工业炉，既能起到节能降耗的作用，又可减小蓄热室的体积，有利于设备的微型化。 二、高分子相变材料在建筑节能中 的应用 （一）相变储能材料的节能理论 建筑节能具体指在建筑物的规划、设计、新建（改建、扩建）、改造和使用过程中，执行节能标准，采用节能型的技术、工艺、设备、材料和产品，提
6、高保温隔热性能和采暖供热、空调制冷制热系统效率，加强建筑物用能系统的运行管理，利用可再生能源，在保证室内热环境质量的前提下，减少供热、空调制冷制热、照明、热水供应的能耗。 （二）高分子相变材料在建筑围护结构上的应用 为了提高建筑物的利用率，把相变储能材料应用于建筑物的围护结构，是提高建筑物节能性的一个 重要途径。 Khudhair 等人给出了建筑储能常用的无机和有机相变材料，由于固液相变材料使用时封装较困难，不少研究者对材料进行了研究与改进 .Hawes 和 Feldman 等人综述了有机相变材料在各种建筑水泥中的吸收特性和吸收机理， Hawes 等人研究了有机相变材料在各 ?N 建筑水泥中的
7、稳定性，德国 BASF 公司将石蜡封装在微胶囊中，研制出石蜡砂浆，并已将这种砂浆用于房屋的内墙表面上，近几年出现的一种定形相变材料（ shape stabilizedPCM），是由相变材料（芯材）和高密度聚乙烯作为支撑材料（囊材）构成。 （三）高分子相变材料在建筑板材上的应用 把相变材料掺入到石膏板中制备的相变板材主要用作外墙的内壁材料。胡小芳等采用石蜡作为相变储能介质，以多孔陶粒作为吸附基质，将该储能材料加入到石膏板中，可明显提高石膏板的储能密度，延长储热时间 .但由于在长期的使用过程中会出现石蜡不同程度的泄露，使其热性能衰退，还需要不断改进 .在地板中应用定形相变材料使得相变材料与地板采暖
8、系统相结合成为可能 .现今，在地板领域的实际应用中不光是传统的木质地板，新兴起的聚合物板材，如 PVC板、木塑复合地板都可以作为地板，其耐磨性 、耐化学腐蚀性、美观性有了较大提高。相变材料只要温度低于支撑载体的熔点，即使定形相变材料中的相变材料从固体变为液体，就可以直接与传热介质或加热器接触，这样可以减小热阻，降低热损。林坤平、张寅平等建立了分析定性相变材料蓄热地板电采暖系统热性能的理论模型，分析了系统各因素对热性能的影响。 三、高分子相变储能材料在建筑节能中的展望 大量的国内外知名学者在近年来通过对高分子相变储能材料在建筑节能中研究中表明，这种材料无论是自身的性能还是经济性因素仍存在诸多问题，主要表现在： 相变材料与高分子基体 的相容性不好，需对现编材料进行改性； 相变材料的导热系数不够大，无法提高材料的换热效率和稳定性以及单位体积的蓄热量。 相变材料的封装工艺需要改进，使之达到渗漏的稳定性要求。 成本较高。 因此如何选取经济、环保且与建材基体相容性好的相变材料制备各种符合要求的相变储能材料成了日后研究的主题。随着新型 PCM的发展，尤其是高分子 PCM 以及复合 PCM，其本身出现的问题能够得以解决，使之在建筑节能领域大有用武之地，其前景也会越来越广阔。
