王 正 一

（鄭州信息科技職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450046）

近年來，隨著全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度和科技發(fā)展實(shí)力的逐漸提高，社會(huì)能源的整體消耗水平不斷攀升，這一方面歸結(jié)于日益增長(zhǎng)的公眾生活質(zhì)量需求，另一方面與基礎(chǔ)建設(shè)、基礎(chǔ)建筑的能源消耗有著密不可分的關(guān)系。在我國(guó)，建筑建材領(lǐng)域的能源消耗約占到整體消耗量的30%，且隨著各地基建需求的不斷上升，該趨勢(shì)還將進(jìn)一步提高。巨大的能源消耗給我國(guó)社會(huì)的資源管理控制和生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，如不可再生資源保有量低、自然生態(tài)環(huán)境破壞等問題均在當(dāng)下的社會(huì)中顯得尤為突出。由此，進(jìn)一步倡導(dǎo)節(jié)能降耗生產(chǎn)，推動(dòng)環(huán)境保護(hù)工作，并不斷地研發(fā)新興節(jié)能技術(shù)已然成為當(dāng)下時(shí)代發(fā)展的迫切要求。

鑒于此，本文著眼于建筑過程中新興建筑建材的研發(fā)工作，探討了建筑用相變儲(chǔ)能混凝土材料在實(shí)際工程任務(wù)中的應(yīng)用潛力與應(yīng)用效果，并就材料的制備過程與工藝和材料的力學(xué)性能分析工作進(jìn)行重點(diǎn)研究，這將為我國(guó)建筑領(lǐng)域的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展提供參考與指導(dǎo)。

1 相變儲(chǔ)能材料的基礎(chǔ)理論概要

了解相變儲(chǔ)能材料的基本性質(zhì)、原理及分類是將該類材料應(yīng)用在建筑行業(yè)的重要步驟，其不但能夠幫助一般工程人員快速認(rèn)識(shí)該類材料的應(yīng)用場(chǎng)景，而且在實(shí)際應(yīng)用過程中具有一定的輔助性作用。通過了解與掌握相變儲(chǔ)能材料應(yīng)用領(lǐng)域的基礎(chǔ)概要知識(shí)，科研人員能夠更好地打牢知識(shí)基礎(chǔ)，而工程人員則能夠充分解決實(shí)際施工過程中的各類問題。

1.1 相變儲(chǔ)能材料的基本特質(zhì)

相變儲(chǔ)能材料（phase change material,PCM）是一種材料物質(zhì)狀態(tài)能夠隨溫度的變化而變化，進(jìn)而提供潛熱或熱能的特殊材料物質(zhì)。通過相變過程，該類材料能夠自動(dòng)地吸收、存儲(chǔ)或釋放能量。同時(shí)，在相變儲(chǔ)能材料的形態(tài)變化過程中，材料自身的溫度不會(huì)隨著環(huán)境溫度差異而發(fā)生變化，且材料發(fā)生形態(tài)改變時(shí)的溫度稱之為相變溫度，釋放的能量稱之為相變潛熱。

1.2 相變儲(chǔ)能材料的節(jié)能原理

得益于相變儲(chǔ)能材料的自身特性，該類材料具有優(yōu)異的節(jié)能效果。例如，固-液相變儲(chǔ)能材料是一種較為常見的相變材料，當(dāng)外界環(huán)境溫度超過該類材料的相變溫度時(shí)，材料將吸收外界環(huán)境熱量，并將其以潛熱能的形式存儲(chǔ)在材料內(nèi)部，且物質(zhì)的形態(tài)也將由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)。隨后，在外界環(huán)境低于相變溫度時(shí)，材料則將內(nèi)部潛熱加以釋放，即相變循環(huán)過程實(shí)現(xiàn)了能量從吸收到存儲(chǔ)再到釋放的自然循環(huán)，不僅有效地控制了外界環(huán)境溫度，而且對(duì)外部能量進(jìn)行了很好的存儲(chǔ)與利用。

1.3 相變儲(chǔ)能材料的基本分類

現(xiàn)階段，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可作為相變儲(chǔ)能材料的物質(zhì)多達(dá)兩萬余種，而這之中實(shí)際投入生產(chǎn)使用的卻僅在少數(shù)?？v觀市場(chǎng)現(xiàn)況，相變儲(chǔ)能材料多分為有機(jī)相變儲(chǔ)能材料、無機(jī)相變儲(chǔ)能材料和復(fù)合相變儲(chǔ)能材料三大類。其中，有機(jī)相變儲(chǔ)能材料主要指脂肪酸、石蠟多元醇等多種有機(jī)高分子材料；無機(jī)相變儲(chǔ)能材料主要指各類無機(jī)水合鹽及金屬材料；復(fù)合相變儲(chǔ)能材料則是由兩種或多種單一相變儲(chǔ)能材料復(fù)合而成，主要用于彌補(bǔ)單一材料應(yīng)用過程中的部分性能缺陷。

2 建筑用相變儲(chǔ)能混凝土的材料制備方法

相變儲(chǔ)能混凝土材料的制備工藝主要依靠?jī)深惒牧系幕旌蟻韺?shí)現(xiàn)，而良好的結(jié)合方法能夠?qū)⒉牧系膬?chǔ)能效果最大化，進(jìn)而更好地適配于建筑工程任務(wù)。目前，常用的建筑用相變儲(chǔ)能混凝土的制備工藝包括浸泡制備法、直接混合制備法、微膠囊制備法和多孔介質(zhì)吸附制備法四種。

（1）建筑用相變儲(chǔ)能混凝土材料的浸泡制備法：在浸泡法制備工藝中，材料制作人員通過將液體狀態(tài)下的相變儲(chǔ)能材料與建筑混凝土進(jìn)行融合，繼而使液體的相變材料充分集中在建筑基材的空隙之中，并利用混凝土材料分子之間的范德華力來吸附液體相變材料。整體而言，該制作方法相對(duì)簡(jiǎn)便，能夠按照具體的建筑任務(wù)需求進(jìn)行靈活配置，且生產(chǎn)出的相變儲(chǔ)能混凝土材料分布較為均勻。同時(shí)，浸泡制備方法有著制作效率高、制作速度快等明顯優(yōu)勢(shì)，這在建筑需求飛速攀升的當(dāng)下社會(huì)有著極其重要的應(yīng)用意義。

（2）建筑用相變儲(chǔ)能混凝土材料的直接混合制備法：直接混合制備是一種最為簡(jiǎn)單的材料制作方法，其主要按照質(zhì)量配比或材料需求直接將相變材料與混凝土建材進(jìn)行混合，該方法可以迅速地將傳統(tǒng)混凝土材料進(jìn)行改性，并按照建筑需求制備出各種尺寸、形狀的相變儲(chǔ)能混凝土材料。然而，在實(shí)際的工程應(yīng)用過程中，材料在相變溫度臨界點(diǎn)的附近具有分子擴(kuò)散遷移現(xiàn)象，即相變材料易與混凝土建材分離，從而導(dǎo)致滲出現(xiàn)象，這在一定程度上影響了材料的使用壽命。

（3）建筑用相變儲(chǔ)能混凝土材料的微膠囊制備法：在建筑用相變儲(chǔ)能混凝土材料的制備過程中，微膠囊制備法是一種重要的材料封裝方法，該方法采用某種特定的包覆膜將生產(chǎn)材料進(jìn)行包裹，并在表面形成微小粒子層。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，當(dāng)外界環(huán)境溫度上升時(shí)，相變儲(chǔ)能混凝土將進(jìn)行能量的吸收或釋放，但該過程不會(huì)改變外部用以封裝相變材料的高分子膜，從而避免了直接混合制備法面臨的泄漏或分離問題。

（4）建筑用相變儲(chǔ)能混凝土材料的多孔介質(zhì)吸附制備法：多孔介質(zhì)吸附制備法是一種新興的相變儲(chǔ)能混凝土制備方法，其通過使用比面積、孔隙率較大的多孔材料作為吸附截止，利用分子間的范德華力、離子濃度差、電場(chǎng)作用等特點(diǎn)將相變儲(chǔ)能材料吸附至多孔介質(zhì)內(nèi)部，以制備出優(yōu)質(zhì)的定形相變材料。整體而言，該制作方法具有減少相變儲(chǔ)能材料泄漏風(fēng)險(xiǎn)，操作簡(jiǎn)便、性價(jià)比高等多種應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，因此在現(xiàn)階段的混凝土建材生產(chǎn)中廣為利用。

3 建筑用相變儲(chǔ)能混凝土的材料力學(xué)性能

將相變儲(chǔ)能材料與混凝土建筑基材進(jìn)行混合后，材料的力學(xué)性能會(huì)發(fā)生一定變化。具體而言，相較于普通混凝土材料，相變儲(chǔ)能混凝土的強(qiáng)度相對(duì)較低，且不同類型的混合相變材料對(duì)混凝土本身的強(qiáng)度影響狀況也具有一定差異。不同的相變儲(chǔ)能混凝土制作方法也會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生影響，浸泡制備法和直接混合制備法對(duì)混凝土本身的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度影響更大，而微膠囊制備法和多孔介質(zhì)吸附制備法對(duì)混凝土本身的力學(xué)性能影響則相對(duì)更小，該結(jié)果對(duì)相變儲(chǔ)能混凝土的實(shí)際建筑工程應(yīng)用具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義，且能夠快速輔佐不同場(chǎng)景、不同地域、不同建筑需求下的相變儲(chǔ)能混凝土的制作過程。因此，在現(xiàn)階段的建筑工程施工過程中，建筑設(shè)計(jì)人員會(huì)首先根據(jù)建筑的具體需求進(jìn)行材料選擇，并通過材料的對(duì)比試驗(yàn)、材料的性能檢驗(yàn)以及材料的應(yīng)用效果評(píng)估等手段來決定最終所使用的相變儲(chǔ)能材料。在實(shí)際的建設(shè)與建筑施工階段，建筑工人會(huì)使用預(yù)先決策好的相變材料制備方法來制備建筑材料，或在現(xiàn)有建筑材料中添加相變?cè)爻煞郑詫?shí)現(xiàn)現(xiàn)有材料的性能升級(jí)。最終，在建筑交付及后期使用階段，相關(guān)質(zhì)檢人員還會(huì)逐年對(duì)建筑的安全性能、材料使用狀態(tài)等方面進(jìn)行檢測(cè)與監(jiān)測(cè)，以防止后續(xù)安全事故的發(fā)生。通過以上材料應(yīng)用流程，相變儲(chǔ)能混凝土材料在建筑領(lǐng)域得到了極大的關(guān)注。

綜上，相變儲(chǔ)能材料是現(xiàn)階段材料市場(chǎng)中一類極具應(yīng)用潛力和市場(chǎng)前景的新型原材料，在建筑行業(yè)的實(shí)際工程任務(wù)中有著廣闊的應(yīng)用前景。通過對(duì)建筑用相變儲(chǔ)能混凝土材料的制備工藝和力學(xué)性能進(jìn)行分析，工程人員將更清晰地了解該類材料在實(shí)際建筑工作中的應(yīng)用范疇與適用場(chǎng)景，且解決部分工程業(yè)務(wù)問題，這對(duì)于建筑領(lǐng)域的實(shí)踐過程而言意義重大。盡管現(xiàn)有研究人員已經(jīng)就建筑用相變儲(chǔ)能混凝土材料的種類、制作、特點(diǎn)、性能等方面進(jìn)行了充分研究，但大多數(shù)工作仍處于實(shí)驗(yàn)階段，缺乏一定的實(shí)踐應(yīng)用為參考，且相變儲(chǔ)能材料在復(fù)雜建筑場(chǎng)景下的應(yīng)用效果亦有待考證，而這些方面也是未來科研人員及工程技術(shù)人員的重點(diǎn)研究方向。