閆全英，賀萬(wàn)玉，岳立航

（北京建筑大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院，北京市供熱供燃?xì)馔L(fēng)及空調(diào)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044）

0 引言

相變材料添加到建筑材料中可提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)熱能力，提高建筑物舒適度，降低建筑物冷熱負(fù)荷，節(jié)約能源。相變材料與建筑材料的復(fù)合方式一般有直接摻混法、摻加能量微球法以及直接浸泡法3種。

李麗莎等[1]利用高密度聚乙烯為支撐材料，分別采用直接混合法和分層插入法制備定形相變墻體。顏家桃等[2]利用溶膠-凝膠工藝制備出了有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合相變蓄熱材料。尹輝斌等[3]選取膨脹石墨作為無(wú)機(jī)支撐材料，石蠟作為有機(jī)相變材料，制備復(fù)合相變材料。尚建麗等[4]采用界面聚合的方法制備出以相變石蠟為囊芯、聚氨酯為囊壁的微膠囊。楊穎和閆洪遠(yuǎn)等[5]制備了癸酸與月桂酸的低共熔復(fù)合相變材料，選用膨脹珍珠巖作為基質(zhì)，用直接浸泡法制得復(fù)合建筑材料。傅浩等[6]利用固體石蠟與液體石蠟熔融制得二元復(fù)合相變材料，將多孔超輕陶粒和高性能吸附劑作為基體吸附相變材料，將其用于水泥的試制。Min Li等[7]利用溶液插層法制備石蠟與膨潤(rùn)土復(fù)合相變材料。Sedat Karaman等[8]利用空隙結(jié)合法制備聚乙二醇與硅藻土混合的新型相變復(fù)合材料。Biwan Xu和Zongjin Lin[9]通過(guò)摻混法利用由石蠟與硅藻土復(fù)合而成的相變材料開(kāi)發(fā)了熱能儲(chǔ)存水泥基復(fù)合材料。孟多和王立久[10]采用溶膠-膠凝法一步制備出納米級(jí)復(fù)合定形相變蓄熱材料。吳其勝等[11]采用真空吸附法制備相變材料不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的二元有機(jī)低共熔物（CA-H）/膨脹石墨復(fù)合相變儲(chǔ)能材料。鄧安仲等[12]采用溶膠-凝膠法制備了以二氧化硅為載體的復(fù)合有機(jī)相變顆粒材料，配制了相變石膏砂漿。閆全英等[13]利用摻混法制備了不同摻量石蠟與水泥砂漿混合的相變墻體，并與普通水泥砂漿墻體的熱性能進(jìn)行對(duì)比。胡大為等[14]通過(guò)采用微乳化技術(shù)，將水分散于常溫相變儲(chǔ)能石蠟中；應(yīng)用膜孔法，以海藻酸鈉包封常溫相變石蠟，制得儲(chǔ)能微囊；將微囊與石膏基體復(fù)合后，制備得到儲(chǔ)能建筑材料。建筑材料有很多種，其中常見(jiàn)的包括砌塊、混凝土等結(jié)構(gòu)材料，陶瓷、硅鈣板、石膏板等裝飾材料，聚氨酯、珍珠巖、擠塑聚苯板等保溫材料以及其他材料等。適用于本吸收實(shí)驗(yàn)的基體材料一般應(yīng)為多孔材料。本次實(shí)驗(yàn)選取多孔板材石膏板、硅鈣板、擠塑聚苯板為建筑基體材料。石膏板具有隔聲隔熱、生產(chǎn)能耗低、加工方便、環(huán)保并且節(jié)省空間等特點(diǎn)；硅鈣板具有良好的隔聲、隔熱性能，在室內(nèi)空氣潮濕時(shí)能吸收空氣中水分子，空氣干燥時(shí)又能釋放水分子，可以調(diào)節(jié)室內(nèi)干濕度；擠塑聚苯板具有優(yōu)異且持久的隔熱保溫性、優(yōu)越的抗水防潮性、防腐蝕經(jīng)久耐用性。

本文采用直接浸泡法，選取3種常用建筑材料作為基體材料，3種二元混合物作為相變材料，制備了相變儲(chǔ)能建筑材料，研究基體材料對(duì)相變材料吸收量的容留率的變化規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

相變材料采用癸酸、硬脂酸、肉豆蔻酸、48#固體石蠟、液體石蠟，均為國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。建筑基體材料規(guī)格尺寸為100 mm×100 mm的多孔石膏板、硅鈣板、擠塑聚苯板。

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)以65%固體石蠟+35%液體石蠟、70%癸酸+30%硬脂酸、70%肉豆蔻酸+30%癸酸3種二元混合物作為相變材料，采用直接浸泡法制備相變儲(chǔ)能建筑材料。浸泡時(shí)間選取10 min、30 min、1 h、2 h、3 h、4 h，浸泡溫度選為 50、60、70 ℃，分別測(cè)試石膏板、硅鈣板、擠塑聚苯板在不同二元相變材料混合物、不同浸泡溫度、不同浸泡時(shí)間時(shí)的容留率。

實(shí)驗(yàn)中，將相變材料置于恒溫水浴中，待相變材料全部融化并穩(wěn)定一段時(shí)間后，將已稱(chēng)重并編號(hào)的建筑基體材料放入相變材料中，按設(shè)定的時(shí)間浸泡之后稱(chēng)重記錄，計(jì)算不同板材在不同酸中浸泡后的容留率。

2 結(jié)果與分析

基體材料對(duì)相變材料的吸收量可以用容留率表征[15]。3種基體材料在不同相變材料中浸泡后的容留率如圖1～圖3所示。

圖1 石膏板在不同相變材料中浸泡后的容留率

圖2 硅鈣板在不同相變材料中浸泡后的容留率

圖3 擠塑聚苯板在不同相變材料中浸泡后的容留率

從圖1～圖3可以看出，浸泡試驗(yàn)中的前10 min，多孔基體建筑材料對(duì)相變材料的容留率迅速增大，隨后容留率隨時(shí)間的延長(zhǎng)仍趨于上升，但變化較小。多數(shù)情況下，浸泡溫度越高，相變材料的容留率越大；硅鈣板在石蠟混合物中浸泡時(shí)，與其它材料容留率變化規(guī)律有所不同，在相同的浸泡時(shí)間內(nèi)，浸泡溫度越高，容留率越小。

隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，基體材料對(duì)于相變材料的吸收趨于飽和，容留率增加不明顯，浸泡溫度對(duì)容留率的影響變?nèi)?，在相同浸泡時(shí)間內(nèi)，浸泡溫度升高后基體材料的容留率增加不明顯。

基體建筑材料吸收2種脂肪酸混合物的容留率相近，而對(duì)石蠟混合物吸收的容留率小于對(duì)脂肪酸的吸收；3種基體材料對(duì)相變材料吸收的容留率大小為：擠塑聚苯板＞石膏板＞硅鈣板。

擠塑聚苯板在相變材料溶液中吸收時(shí)，出現(xiàn)了一定的溶解裂紋，其原因是由于擠塑聚苯板的主要原材料聚苯乙烯樹(shù)脂在高級(jí)脂肪酸中會(huì)發(fā)生溶脹現(xiàn)象。高溫使聚苯乙烯發(fā)生熱變形，加劇聚苯板的溶解裂紋產(chǎn)生，在70℃的浸泡溫度中，浸泡30 min后擠塑聚苯板表面即開(kāi)始出現(xiàn)溶解裂紋。

由于擠塑聚苯板內(nèi)部為封閉的氣孔結(jié)構(gòu)，當(dāng)發(fā)生溶解裂紋后，封閉的氣孔結(jié)構(gòu)遭到破壞，相變材料能夠大量進(jìn)入聚苯板內(nèi)部，這些脂肪酸類(lèi)相變材料又會(huì)繼續(xù)使聚苯板內(nèi)部發(fā)生溶解，從而產(chǎn)生連鎖的溶脹效應(yīng)。所以浸泡時(shí)間越長(zhǎng)，溫度越高，吸附的相變材料越多，容留率越大。

基體建筑材料在相變材料溶液中浸泡一段時(shí)間后，容留率變化曲線(xiàn)趨于平緩，容留率隨時(shí)間延長(zhǎng)增加不明顯，而浸泡溫度的升高并未使容留率顯著增加。綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和可操作性等因素，多孔基體材料在相變材料中浸泡吸收時(shí)以浸泡溫度50℃、浸泡時(shí)間1 h為宜。

由于擠塑聚苯板脂肪酸相變材料中出現(xiàn)溶脹，將對(duì)擠塑板使用產(chǎn)生影響，所以擠塑聚苯板不適宜在脂肪酸類(lèi)相變材料中進(jìn)行浸泡吸收。

3 結(jié)論

（1）基體材料對(duì)相變材料的容留率隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，相變材料容留率的增加值變小，浸泡時(shí)間取1 h為宜。

（2）基體材料對(duì)相變材料的容留率受浸泡溫度的影響較小，浸泡溫度取50℃為宜。

（3）3種多孔基體材料對(duì)石蠟混合物吸收的容留率小于對(duì)脂肪酸吸收的容留率；擠塑聚苯板對(duì)相變材料吸收的容留率最大，其次是石膏板，硅鈣板對(duì)相變材料吸收的容留率最小。

（4）擠塑聚苯板在脂肪酸中浸泡時(shí)出現(xiàn)溶脹裂紋，浸泡溫度越高，溶脹裂紋越明顯，因此，擠塑聚苯板不適宜在脂肪酸類(lèi)相變材料中進(jìn)行浸泡吸收。

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