用于建筑节能的粉煤灰相变储能材料的制备及应用实验

【摘要】：随着我国经济的高速发展，能源的供需矛盾问题越来越突出。在大规模地开发常规能源以及寻找新型替代能源的同时，节能技术的研究也是势在必行。在储能技术中，利用相变材料的固-液相变潜热来储存热能在诸多领域具有广阔的应用前景。固-液相变潜热储能技术因其储能密度大、储能温度稳定等优势备受关注，在电力、太阳能利用、余热回收等领域有广阔的应用空间。将相变材料与多孔基体相结合制备相变储能建筑材料，并使用在建筑围护结构中，可以降低建筑室内温度波动，使室内温度控制在人体舒适温度范围内，从而降低降低建筑能耗，实现建筑节能。 本文主要介绍了一种新型定形复合相变材料——十六醇-癸酸作为相变材料，对其制备、储能特性进行了测定。DSC测试表明，此种复合相变材料相变温度为25.5℃，潜热为203.1J·g-1。选用建筑材料粉煤灰作为基质，通过将相变材料和粉煤灰进行2小时的熔融，相变材料吸附在粉煤灰的最大质量分数达到48%。经过200、500次的凝固-融化循环实验，发现这种复合相变材料具有良好的热循环稳定性和化学稳定性，相变材料不会在熔融状态下从复合相变材料中泄漏。复合相变材料特性表征采用扫描电镜法（SEM）、X射线衍射法（XRD）、傅里叶红外光谱法（FT—IR）、热重分析法（TG）来测定。测试结果表明，复合相变材料与粉煤灰的结构稳定、化学相容性较好，即使在高温下其热稳定性也较好。通过加入不同质量分数的膨胀石墨来研究其传热性能的改善状况，其中加入6%的石墨时传热性能有较大提高。 为了检测相变材料的实用性能以及更好地推广相变材料在建筑围护结构上面的应用，对添加粉煤灰储能材料和未添加的墙板进行了比热测试，对其储热能力进行了估算。再分别用两种墙板构成的房屋模型进行了应用实验，内外壁温度检测表明，相变储能材料的加入对减小内外壁温波动的作用效果明显，与没有加入相变材料的房屋模型相比，峰值温度降低约为4℃和5℃；内部空间峰值温度也降低了4℃。因此，作为一种新型复合相变材料，十六醇-癸酸/粉煤灰复合相变材料可以在节能建筑上使用。 【关键词】：储能 十六醇 癸酸 粉煤灰
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU59
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 主要符号表9-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 实验研究11-12
• 1.2.2 数值模拟12-13
• 1.3 研究意义和发展方向13
• 1.4 本章小结13-14
• 2 建筑节能相变储能材料（PCBM）的概述14-27
• 2.1 相变储能技术的原理14-15
• 2.2 相变储能材料的分类15-18
• 2.2.1 固-固相变材料15-16
• 2.2.2 固-液相变材料16-18
• 2.3 相变储能材料在建筑节能中的应用18-20
• 2.3.1 相变储能墙板18-19
• 2.3.2 相变材料在空调中应用19
• 2.3.3 相变控温混凝土19-20
• 2.3.4 地板辐射采暖20
• 2.4 相变储能技术的研究概况20-23
• 2.4.1 相变储能材料的研制21
• 2.4.2 相变材料与建筑材料的融合技术21-23
• 2.5 建筑节能复合相变储能材料的选择23-25
• 2.5.1 相变材料的筛选23-24
• 2.5.2 多孔介质材料的筛选24-25
• 2.6 本课题研究工作25-26
• 2.7 本章小结26-27
• 3 复合相变储能材料制备及性能研究27-48
• 3.1 相变基础理论27-29
• 3.1.1 相变结晶机理27
• 3.1.2 凝固点降低定律27-29
• 3.2 实验原理29-30
• 3.3 实验台介绍30-33
• 3.3.1 实验仪器30-31
• 3.3.2 DSC 的校正31-33
• 3.4 共熔相变材料的制备实验33-35
• 3.4.1 实验材料的选择33
• 3.4.2 实验测试方法33-34
• 3.4.3 实验结果与分析34-35
• 3.5 粉煤灰相关参数的确定35-36
• 3.5.1 实验方法35-36
• 3.5.2 实验结果分析36
• 3.6 相变材料与粉煤灰的复合36-38
• 3.6.1 实验方法36-37
• 3.6.2 实验结果37-38
• 3.7 比热测试38-39
• 3.7.1 测试原理与方法38-39
• 3.7.2 测试结果与分析39
• 3.8 粉煤灰复合相变材料的表征39-42
• 3.8.1 X 射线衍射分析39-41
• 3.8.2 FT-IR 分析41-42
• 3.9 粉煤灰复合相变材料的热重分析42-44
• 3.10 相变材料的循环测试44-45
• 3.10.1 实验方法44
• 3.10.2 实验结果分析44-45
• 3.11 粉煤灰复合相变材料的放热特性测试实验45-47
• 3.11.1 实验原理图45-46
• 3.11.2 实验结果与分析46-47
• 3.12 本章小结47-48
• 4 粉煤灰复合相变储能材料应用性能研究48-56
• 4.1 实验模型的设计48-50
• 4.1.1 房间模型的设计48
• 4.1.2 墙板中材料配比计算48-50
• 4.2 储热能力的估算50-52
• 4.3 房屋模型的制作与实验设备布置52-55
• 4.3.1 实验台搭建52-53
• 4.3.2 实验方法53-54
• 4.3.3 实验结果与分析54-55
• 4.4 本章小结55-56
• 5 结论及进一步工作建议56-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-63
• 附录63
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录63

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