第一情报 ---材料工业

建筑用蓄热、相变材料的国内外研究及产品介绍

供稿人:马春  供稿时间:2006-8-15   关键字:建筑  蓄热  相变材料  

蓄热、相变材料应用于生态建筑是一种资源综合利用新技术,这类材料可在地板、墙体、单元结构件等建筑材料上得到应用。当环境温度变高、降低时,它可以吸收多余热量或释放热能起到保温作用,在一定时间里,使室内温度不至于波动,保持舒适性。相变材料不仅能明显提高建筑节能水平,缓解能源紧张的矛盾,改善人民生活居住环境,而且可以提高行业技术水平,促进发展。目前相变材料已成为各国科学家及产业界的研发热点。

目前国内外使用的相变材料大多为石蜡类、无机盐类、纳米石墨复合类等化合物,在耐久性、经济性及储能性等方面各有优缺点。下文介绍国内外在该领域的相关文献及产品。

研究:

1. 标题:石膏载体定形相变材料的制备及其热性能

出处:新型建筑材料 2006,1,49~50

著者:武汉工业学院 郑立辉等

制备了以石膏作载体、石蜡作相变材料的定形相变材料(复合石膏板)。实验证明表面活性剂硬脂酸钠可有效提高石膏板吸收石蜡的质量比,差示扫描量热结果显示复合定形相变材料中石蜡的相变温度、峰顶温度降低,相变吸热量与相变蜡在复合材料中的质量成正比。

2. 标题:脂酸类相变材料在节能建筑中应用的可行性研究

出处:沈阳建筑大学学报 2006,1,129~132

著者:天津大学 吕石磊等

目的:对脂酸类相变材料的低共熔混合物的热物性进行试验测试和理论分析预测,得到脂酸类相变材料在建筑围护结构中的应用条件,分析其降低建筑能耗的可能性。方法:理论分析了脂酸类物质中的癸酸和月桂酸的低共熔混合物的熔点和相变潜热,通过差示扫描量热法对低共熔混合物及由其构成的相变墙板的热物性进行了试验验证。结果:癸酸和月桂酸的低共熔混合物的试验测试值与理论计算值基本吻合。结论:提出了相变材料在节能建筑中应用的要求,在建筑围护结构中,加入癸酸和月桂酸的低共熔混合物,可大大减少采暖空调负荷,降低空调系统耗电量,实现建筑节能的目的。

3. 标题:Absorption of phase change materials in concrete

出处:Solar Energy Materials and Solar Cells 1992,27,91~101

著者:Hawes D W等

有机相变蓄热材料应用于建筑混凝土的研究已引起学术界的关注。决定相变材料混凝土的性能的主要因素是相变材料的吸收量。该文研究了不同类型混凝土块中多种相变材料的储热性?埽⑷然碛胩岣叽⑷攘康姆椒ǎ芯糠⑾郑露取⑾啾洳牧系恼承浴⒒炷恋拿芏鹊纫蛩囟源⑷扔杏跋臁?

专利:

4. 标题:建筑采暖用的加热定形相变蓄热材料及其制备方法

出处:CN03137556.1 申请日:2003.06.18 公开日:2003.12.24

申请人:清华大学

该专利揭示了两种建筑采暖用材料,一种是电加热定形相变蓄热材料,由碳数为18-23的石蜡、聚烯烃、热塑性弹性体和无机填料组成;其相变温度在30℃~40℃之间,可将室温保持在18℃~26℃左右。另一种是太阳能加热定形相变蓄热材料,由碳数为16-20的石蜡、聚烯烃、热塑性弹性体和无机填料组成;其相变温度在17℃~25℃之间,可将室温保持在20℃左右。该发明还提出了这两种材料的制备方法。这两种材料相变前后形状不发生变化,石蜡不发生渗漏,无毒无害,无需封装,可直接使用,非常适于建筑采暖用。

5. 标题:一种适于大规模工业生产的高导热定形相变蓄热材料

出处: CN200410068844.6 申请日:2004.07.09 公开日:2005.03.02

申请人:清华大学

一种适于大规模工业生产的高导热定形相变蓄热材料,由相变蓄热材料、高分子支撑材料、加工改进剂和导热添加剂组成。其中相变蓄热材料采用相变温度在15℃~70℃,质量百分比为50~80%的石蜡;高分子支撑材料采用质量百分比为10~30%的聚乙烯、聚丙烯、SBS、SEBS中的一种或几种;加工改进剂采用质量百分比为5~20%的氧化铝、蒙脱土、硅藻土、粘土、钛白粉、碳酸钙、膨润土、二氧化硅中的一种或几种;导热添加剂采用质量百分比为5~15%的金属粉或石墨。该材料可以很好地解决大规模工业生产的加工工艺问题,并且具有较好的导热性能,非常适用于定形相变蓄热材料在建筑采暖中的大规模应用。

6. 标题:石蜡相变保温砂浆粉及石蜡相变保温砂浆的制备方法

出处:CN200310118500.7 申请日:2003.12.19 公开日:2004.12.08

申请人:北京振利高新技术公司

一种石蜡相变保温砂浆粉及石蜡相变保温砂浆的制备方法,包括35~75%的水泥、5~40%的轻骨料和0.5~10%的纤维,在配比中还含有5~40%的石蜡,部分水泥可由粉煤灰、消石灰、石膏或硅粉替代。制备时,先将石蜡加热至熔化,并充分搅拌使其分散均匀,或将石蜡制备成微晶粉末;然后将熔化分散开的石蜡或石蜡微晶粉末和其它物料混合均匀制成石蜡胶粉料,再将上述石蜡胶粉料加入水中搅拌成糊状,再加入轻骨料充分搅拌即可。该发明解决已有保温砂浆吸水率大、防水性差、软化系数低、不耐水的技术问题,可用于墙体及屋面的各种保温层。

7. 标题:建筑用相变储能复合材料及其制备方法

出处:CN03116286.X 申请日:2003.04.10 公开日:2003.10.22

申请人:同济大学

该发明为一种建筑用相变储能复合材料。它以石膏、水泥等气硬性或水硬性胶凝材料为基体,其中分散有膨胀粘土等多孔材料集料,多孔材料集料中储存有石蜡、或硬脂酸丁酯等有机相变材料。该发明先采用真空浸渗法制得相变储能集料,再用建筑材料的通用方法制得相变储能复合材料。该发明材料来源广泛、成本低廉,储能耐久性好,适用范围广。

8. 标题:多孔石墨基相变储能复合材料及其制备方法

出处:CN200410052870.X 申请日:2004.07.15 公开日:2005.03.02

申请人:同济大学

该发明为一种多孔石墨基相变储能复合材料及其制备方法。相变储能复合材料采用多孔石墨作为基体材料,再浸渗有机相变材料构成。多孔石墨由天然鳞片石墨经过插层、膨化、压缩制备而成,有机相变材料采用结晶性脂肪酸、烷烃、酯类及其混合物。与现有相变储能复合材料相比,多孔石墨基相变储能复合材料具有导热效率高、储能量大等优点,可有效促进相变储能复合材料在诸多领域的应用。

9. 标题:Phase Change Material (PCM) Compositions For Thermal Management

出处:WO2006062610 申请日:2005.10.26 公开日:2006.06.15

申请人:E. I. Dupont De Nemours And Company

该世界专利所揭示的相变材料成分包括:(1)20~80%(wt%)的相变材料;(2)20~80%(wt%)的单种或多种聚合物,聚合物由密度极低的聚乙烯(密度≤0.910g/cm3),乙丙橡胶(密度≤0.900g/cm3),苯乙烯—乙烯—丁烯—苯乙烯嵌段共聚物,以及苯乙烯—丁烯—苯乙烯嵌段共聚物组成。该相变材料可用于建筑、汽车、服装等领域。

10. 标题:Tile Structures Having Phase Change Material (PCM) Component For Use In Flooring And Ceilings

出处:US2004170806 申请日:2004.03.01 公开日:2004.09.02

申请人:Douglas C. Hittle

该美国专利公开了一种块集瓷砖结构,它可以是由石英、花岗岩、石灰石、大理石、玻璃、陶瓷等的粉末、碎片、颗粒组成的单层混合颗粒状基体,粘结材料和相变材料组成;也可以是多层结构,它包括无相变材料的外部耐摩层,该层粘结或嵌入于由粘结材料和相变材料组成的第二层。该瓷砖结构可以制成多种形状与尺寸,性能各异。

11. 标题:Wall Covering Assembly With Thermo-Regulating Properties

出处:WO2004044345 申请日:2003.10.15 公开日:2004.05.27

申请人:Pause, Barbara

该世界专利公开了一种外墙材料,墙的最外层由乙烯基材料涂敷的织物或纸张组成,中间层由包含结晶丙烯烃或共晶盐等相变材料的丙烯酸化合物组成。墙的温度主要由相变材料在温度区间的潜热的吸收与释放来控制,从而实现节能的目的。

12. 标题:Encapsulated PCM Aggregate

出处:US4747240 申请日:1981.08.06 公开日:1988.05.31

申请人:Walter E. Voisinet

相变材料的相变区间在10℃~30℃,可以应用于建筑材料中。该美国专利公布了多种建筑蓄热相变材料,它们分别由:(1)多乙酸乙烯酯、二氧化钛颜料、碳酸钙填充剂、云母、蒙脱土、碎棉纤维,以及相变材料微粒组成;(2)煅烧的石膏浆、缓凝剂,以及相变材料微粒组成。相变材料可以是聚氧乙烯和低熔点石蜡;包覆材料为较高熔点的石蜡、烃树脂、聚乙烯,或它们的混合物;填充剂为硫酸钠和氯化钠等的混合物。

产品:

13. 标题:相变石蜡砂浆

出处:德国BASF公司

德国BASF公司研制的相变石蜡砂浆内10%~20%的成分是由可以蓄热的微粒状的石蜡组成,为了使石蜡易与砂浆结合,对石蜡进行了“微粒封装”。该砂浆已应用于德国建筑节能工程中。用这种砂浆抹于内隔墙,每平方米墙面含有750~1500克的石蜡,每2米厚的石蜡砂浆蓄热能力相当于20厘米厚的砖木结构墙。当室外温度太高,在热向室内传播过程中,石蜡遇热而熔融,使室温上升缓慢;当室温下降时,熔融的石蜡向室内释放热量。

14. 标题:巴斯夫的节能墙面板

出处:http://www.corporate.basf.com/en/stories/wipo/micronal/?id=lzbS08yqXbcp2cp

巴斯夫公司正在推出一种名为Micronal PCM的石膏墙面板,这是一种轻质的建筑材料,由于其中包含有一种相变材料(PCM),因此能够房间将保持在令人舒适的室温下。每一平方米的石膏墙面板中含有3kg的蜡质,通过其显热或熔化(相变)热来保持室温。相变温度可以在墙板的生产中设定为23~26℃,室温变化超过这一温度范围时,蜡质便会发生熔化或凝固来吸收或放出热量。Micronal PCM是将液蜡和某种聚合物的分散体喷涂、干燥而制成的。

 

参考文献:

1、郑立辉,2006,“石膏载体定形相变材料的制备及其热性能”;新型建筑材料(1),49~50

2、吕石磊,2006,“脂酸类相变材料在节能建筑中应用的可行性研究”;沈阳建筑大学学报(1),129~132

3、Hawes D W,1992,“Absorption of phase change materials in concrete”;Solar Energy Materials and Solar Cells(27),91~101

4、CN03137556.1,CN200410068844.6,CN200310118500.7,CN03116286.X,CN200410052870.X,WO2006062610,US2004170806,WO2004044345,US4747240等


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