【摘 要】
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当前全球能源短缺,降低建筑能耗势在必行。相变材料具有储存热能的能力,在建筑材料和温控设备等领域得到了广泛的应用。开发具有高传热性能和稳定性的相变储热材料,有助于克服太阳能利用的局限性,有效解决太阳能分布不均的问题。将相变材料与载体材料复合制备成复合相变储热材料,可以在一定程度上避免相变材料的渗漏,有利于相变材料应用于实际工程。无机水合盐相变材料相变潜热高、使用温度范围大、价格低,但其通常存在较大的
【基金项目】
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动力工程多相流国家重点实验室开放基金；
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当前全球能源短缺,降低建筑能耗势在必行。相变材料具有储存热能的能力,在建筑材料和温控设备等领域得到了广泛的应用。开发具有高传热性能和稳定性的相变储热材料,有助于克服太阳能利用的局限性,有效解决太阳能分布不均的问题。将相变材料与载体材料复合制备成复合相变储热材料,可以在一定程度上避免相变材料的渗漏,有利于相变材料应用于实际工程。无机水合盐相变材料相变潜热高、使用温度范围大、价格低,但其通常存在较大的过冷度和相分离缺陷。本文选择具有较高相变潜热的三水乙酸钠（CH3COONa·3H2O）和十水硫酸钠（Na2SO4·10H2O）两种无机水合盐作为相变材料,混合制备成共晶盐,研究添加剂对其过冷度的降低效果和对相分离缺陷的改善情况。再采用直接吸附法将共晶盐与载体材料膨胀珍珠岩（EP）复合,制备出有实际应用价值的CH3COONa·3H2O-Na2SO4·10H2O/膨胀珍珠岩复合相变储热材料,并对其热物性进行表征和分析。具体研究内容如下:1.将CH3COONa·3H2O和Na2SO4·10H2O以1:1的质量比混合,再向其中加入不同含量的硼砂作为成核剂,采用熔融-冷却法制备共晶盐。结果表明,与纯组分的CH3COONa·3H2O和Na2SO4·10H2O相比,共晶盐的过冷度有明显的降低。随着硼砂含量的增加,共晶盐过冷度呈现先降低后升高的趋势,当硼砂添加量为3 wt%时,共晶盐过冷度最低,为1.4℃。针对相分离缺陷,向共晶盐中加入羧甲基纤维素钠（CMC）,当其含量为1.5 wt%时,相分离现象完全消除,同时该体系共晶盐的过冷度进一步降低到0.8℃。2.选择膨胀珍珠岩作为载体材料,采用直接吸附法将CH3COONa·3H2O-Na2SO4·10H2O共晶盐与膨胀珍珠岩复合,制备成CH3COONa·3H2O-Na2SO4·10H2O/膨胀珍珠岩复合相变储热材料,通过渗漏实验确定膨胀珍珠岩的最佳吸附粒径和共晶盐的最大吸附量。结果表明,复合相变材料渗出程度最小的体系,所用膨胀珍珠岩粒径为1.5～2.0 mm,共晶盐的吸附量为65wt%。3.采用扫描电子显微镜（SEM）、差式扫描量热仪（DSC）、热导率测试、稳定性分析和蓄/放热性能分析对CH3COONa·3H2O-Na2SO4·10H2O/膨胀珍珠岩复合相变储热材料的形貌和热特性进行表征和分析。结果表明,CH3COONa·3H2O-Na2SO4·10H2O共晶盐被均匀地吸附在膨胀珍珠岩的内表面和孔洞内;复合相变材料的相变温度为32.8℃,熔化焓为141.5 k J/kg,凝固焓为128.7k J/kg;复合相变材料的热导率为0.0483 W/（m·K）,该值介于膨胀珍珠岩和共晶盐的热导率之间,说明复合相变材料在蓄/放热过程中既能有效传热,又能达到保温的效果;经历60次冷热循环后,复合相变材料的质量损失率仅为1.6%,说明该材料具有较好的热稳定性,能够反复使用,调节室温,发挥蓄/放热作用。上述研究表明,本文采用直接吸附法制备的CH3COONa·3H2O-Na2SO4·10H2O/膨胀珍珠岩复合相变储热材料在升降温过程中能够有效的蓄热和放热,具有良好的控温效果,在建筑节能、生活余热回收等领域有较好的应用前景。
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