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相变材料范文1
中图分类号：O434文献标识码： A
引言
我国能源匮乏,经济发展越发迅猛,需要更多的能源支撑, 新型建筑节能材料的广泛应用将为社会节能降耗做出重要贡献。FTC自调温相变节能建筑材料是以水镁石纤维等无机材料为原料,合理选用并添加相变材料及其他辅助材料, 经科学配比及特殊工艺复合而成,通过相变介质的相态变化,可在一定范围内调节室内温度等的新型建筑节能材料。传统工艺中的外墙保温节能材料聚苯乙烯泡沫塑料板、胶粉聚苯颗粒等, 在施工操作中直至交付使用过程中,不同程度存在性能折减、操作略繁、渗水、开裂、脱落等问题。而FTC除具备节能效果明显的优点外,在很大程度上克服了上述缺陷, 提供了建筑高效节能的新的可靠途径。
一、FTC自调温相变蓄能材料作用机理
FTC自调温相变蓄能材料（以下简称 FTC材料）是以硅质材料等作为骨架材料，经科学配比合理选用并添加相变材料及其他辅助材料，利用植物临界萃取、真空冷冻析层、蒸馏、皂化等工艺复合而成，是根据不同温度相变点调节室温的原创科技新材料，具有隔声、防火、保温、隔热等功能。它突破传统保温材料单一热阻性能，具有热融性和热阻性两大绝热性。利用相变调温机理，通过蓄能介质的相态变化实现对热能的储存，改善室内热循环质量，当环境温度低于一定值时，相变材料由液态凝结为固态，释放热量；当环境温度高于一定值时，相变材料由固态融化为液态，吸收热量，使室温相对平衡，可在一定范围内调节室内温度，FTC是一种新型建筑节能材料。
二、FTC自调温相变蓄能材料的特点分析
经实践证明FTC自调温相变节能材料 38 mm 厚材料优于50 mm 挤塑板保温性能, 达到节能 65%的要求。FTC 材料与传统施工方法比较, 其先进性和新颖性体现在如下几方面:
1、工期: FTC 材料按施工工序手工抹制, 方便快捷, 材料容重为 358 kg/ m3, 在操作工作面随拌随抹, 托灰板每次托料质量很轻, FTC 材料自身及与基层材料粘合力好, 塑料及木板抹子每次涂抹面积大。第一层压实厚度控制在 10 mm 以内, 初凝后,涂抹第二遍厚度不超过 20 mm( 顶棚为 15 mm) , 施工速度快, 单位时间完成实物量大。另一特点, 构件基层处理方便快捷、简单,仅对混凝土结构表面抹 3 mm-5 mm 厚界面剂, 而加气混凝土砌块、陶粒、空心砖及粉煤灰砖等填充墙体表面只要清除浮尘, 用水湿润即可施工, 无需其他处理。传统工艺中聚苯板施工, 要使用胶粘剂与基层墙体粘贴, 并辅以锚栓固定, 打眼、安装锚栓固定( FTC 材料仅面层为贴砖时方使用锚栓)。另外在其表面需单独做聚合物抗裂砂浆保护层, 工序较多。而胶粉聚苯颗粒料浆做法, 基层墙体界面处理要单独施工, 每次抹 3 mm-5 mm 厚, 24 h后进行下一次施工, 速度慢, 单位时间完成量小, 还要做抗裂砂浆保护层施工, 且需两次抹成。传统工艺中岩棉板外墙保温工序更多, 安装龙骨、填实岩棉板、安装面板、自攻螺钉固定, 更为繁琐,单位时间完成量较小。综上情况可见, FTC 材料施工方便快捷,可明显提高施工速度, 缩短工期。
2、质量: FTC 材料当量导热系数为 0.028 W/( m#K)。干表观密度为358 kg/m3, 抗压强度为346 kPa,抗拉强度为 0.13 MPa, 燃烧时能达到 A1级。FT C 材料经耐候性实验后, 拉伸粘结强度为 0.34 MPa, 破坏部位为保温层内部, 系统抗冲击强度达到3J级。FTC 保温节能材料性能质量符合设计及国家规范规定, 经若干工程实践, FTC 材料与基层之间及各层间粘结牢固,不脱层、不空鼓、不开裂、粘结性极好。另外材料干燥成型后, 在水中浸泡不松散、不同性、不粉化、不变形,能确保使用寿命耐久。
3、安全: FTC 材料与基底整体粘结随意性好、无空鼓, 避免负风压撕裂和脱落。材料中有机物与主墙基底存在游离酸反应形成化合物, 渗入主墙微孔隙中, 形成共同体, 确保干态粘结性, 并改善湿态粘结保值率, 具有极好的粘结性。
三、FTC自调温相变蓄能材料施工工艺流程范围及要点
1、工艺流程及范围
基底处理贴饼、冲筋分层涂抹面层作业
FTC 自调温相变蓄能建筑材料可应用于非严寒地区的工业与民用建筑、公用建筑等外墙外保温( 涂料或贴瓷砖等饰面) 、外墙内保温、室内湿度调节, 并应用在分户隔墙、吊顶、楼梯间、屋面、顶棚等需要保温、隔热的部位。
2、施工要点
2.1 施工准备：基层施工完毕，并验收合格；做平整度等处理。如果误差大于 10 mm，应该用水泥砂浆找平、留毛面，并需保证水泥砂浆找平层不空鼓开裂。如果误差超过 20 mm的，必须按国家有关建筑规范要求进行处理，达到标准；按设计厚度要求弹厚度控制线；贴饼、冲筋。
2.2基层处理：混凝土结构表面抹 3 mm-5 mm厚的界面砂浆（使用粉状界面剂或按水泥∶中砂∶界面剂 =1∶1∶0.8 的重量比配制），严禁遗漏。
2.3分层涂抹：拌料，按 FTC料∶水 =1∶2(重量)搅拌均匀成膏状，随拌随用；分层涂抹，第一层必须压实，厚度不可超过 20 mm，表面呈毛面。第一层初凝后，立即涂抹第二层，分层之间留毛面。以此类推，直到设计厚度为止。同时找平、留毛面。分层涂抹时应适度按压，以确保层与层能形成有效粘结，但不可在同一部位来回抹压。在涂抹中，若发现有鼓包产生，应及时剔除补抹。分层涂抹时，FTC材料表面不可收光，必须保证表面毛糙，同时做下一层涂抹一定要在上一层 FTC材料未干燥前进行，确保粘结。
四、FTC自调温相变蓄能材料的质量控制与效益分析
1、质量控制
1.1 FTC材料施工应满足《建筑装饰装修工程质量验收规范》（GB50210- 2001）、《建筑节能工程施工质量验收规范》（GB 50411- 2007）等标准的相关规定。
1.2 所用材料进场后，应进行检验，其品种、配比、规格、性能必须符合设计和有关标准的要求，不得雨淋、受潮，并在保质期内使用。FTC材料现场复检批次，每 500 m3为一批，需复检其干表观密度、抗压强度、当量导热系数以及线性收缩率。
1.3 保温层厚度必须符合设计要求，单点厚度检测不允许出现负误差。保温层与结构之间必须粘结牢固，无脱层、空鼓及裂缝。基层表面洁净，接茬平整，无抹纹，线角顺直、清晰。严禁在 FTC材料中掺加其他建筑材料，严禁使用机械搅拌。工程施工期间以及完工后 24 h 内，基层及环境空气温度不应低于 5℃。
2、效益分析
FTC自调温相变蓄能建筑材料可替代基底抹灰层，节省了基底处理的材料费和人工费。FTC材料可收集多余热量，适时平稳释放，梯度变化小，有效降低损耗量，室温可趋于稳定。利用相变调温机理，可使电负荷“削峰平谷”，充分利用电力资源，平衡用电过度的峰谷差，提高能量利用效率，减少能源浪费，达到建筑节能的要求，具有可观的经济效益社会效益，若大量应用还可缓解我国城市的环境污染问题。FTC材料相变潜热值大，具有较高蓄热密度，节能效果明显，经国家建材测试中心检测厚度 38 mmFTC相变材料，传热系数为 0.59 w/ （m2・k），优于 50 m厚挤塑板保温性能，达到节能 65%要求，为建筑节能提供新的可靠途径。
结束语
该材料突破传统保温材料单一热阻性能，具有热熔性和热阻性两大绝热性。通过二元相变原理，相变潜热值大，具有较高蓄热密度，蓄、放热过程近似等温的特点，节能效果明显。经国家建设部科技成果鉴定，通过材料相变，熔化吸热，凝结放热使室内温度相对平衡，达到建筑节能，推广后会有较好的社会和经济效益，该项研究成果对相变蓄能在建筑相关应用领域有技术方面的推进，具有国内先进水平。
参考文献
[1]张平吉.FTC自调温相变外墙外保温施工技术[J].黑龙江科技信息.2011(02)：47-48.
相变材料范文2
1建筑节能用相变材料的选择与分类
被应用于建筑节能的理想相变材料必须具有以下性能：相变温度合适、相变潜热大、化学性能稳定、无毒害、成本低、热物性良好等。但实际上，没有一种相变材料可以包含以上所有性能。因此，选择相变材料时，优先考虑的是合适的相变温度和较大的相变焓，之后再考虑其他因素的影响。目前，在建筑节能领域应用较多的相变材料主要包括无机相变材料、有机相变材料和复合型相变材料［5］。有机类相变材料主要包括石蜡、脂肪酸、醇类等，其优点是应用温度范围较广、无过冷和相分离现象、可循环利用，缺点是导热系数低，易燃。无机类相变材料主要包括无机水合盐、无机金属等，其优点是单位体积潜热储存量大、成本低而易得、导热性能优良、不易燃，缺点是相变时体积变化较大、有过冷及相分离现象［6］。复合类相变材料主要包括有机－有机、有机－无机和无机－无机类相变材料，通过复合的方式，可以克服单一类型相变材料的缺点，因此这一方式已成为目前研究的热点。表1列出了在建筑领域应用的常见的一些相变材料。
2相变材料与建筑材料的复合方式
2．1直接加入法
直接加入法是指将相变材料与水泥、石膏、砂浆、混凝土等传统建筑材料直接混合，这种方法简便易行，经济成本较低。但是采用这种方法必须注意以下几点：（1）相变材料不能参与水泥的水化反应且不能与水化产物反应；（2）相变材料不能影响粘结剂和骨料之间的结合作用；（3）相变材料不能严重影响建筑材料的力学性能和耐久性。然而，大多数情况下直接加入法往往会导致相变材料发生泄漏，从而会与水化产物反应或者影响整个系统的力学性能和耐久度。Feld－man等［10］通过直接加入法在石膏板中掺入21％～22％的硬脂酸丁酯制成相变墙体，该墙体物理性能与普通石膏板相差不大，蓄热能力提高了近9倍。
2．2浸渗法
浸渗法是指将混凝土、砖块、墙板等建筑材料浸泡在液相相变材料中，通过毛细管作用吸收相变材料。李乔明［11］使用浸渗法制备了含相变石蜡的复合建筑石膏材料，发现经过100次热循环后，相变温度升高了4．3％，相变潜热下降了11％，耐久性较差。因此，此种方法制备的石膏板在实际使用中有较大的局限性。
2．3封装法
传统的复合方式会导致相变储能材料在与建筑材料的复合过程中出现严重的泄露情况，且较低的耐久性制约了相变储能材料在建筑节能领域的应用。为了解决这一问题，科研工作者们在将相变材料加入到建筑材料中之前，先进行了一次封装，从而可以有效地防止相变材料泄露，并且可以提高其力学性能和热物性。常见的封装方式包括吸附封装和微胶囊封装等。
2．3．1吸附封装
吸附封装是以吸附和浸渍的方式将相变材料吸附到膨胀珍珠岩、膨胀石墨、膨润土等多孔材料中，制备成颗粒型相变材料。多孔基体材料来源广泛，价格便宜，制得的颗粒型相变材料有效地解决了相变材料与建筑材料的相容性问题，同时某些多孔材料还可以提高整个系统的传热性能。Sari等［12，13］以膨胀珍珠岩为支撑材料，分别以癸酸和月桂酸为相变材料，制备了颗粒储能相变材料，两种脂肪酸与珍珠岩有着很好的相容性，并且珍珠岩能够吸附大量的相变材料，经过1000次以上的热循环后，两种相变材料仍然保持了良好的化学稳定性和热稳定性。在后续的研究中［14－16］，又以脂肪酸的二元复合物以及脂肪酸酯作为相变材料，与水泥、石膏、蛭石、硅藻土、珍珠岩等多孔材料复合，制备了一系列的多孔基体相变复合材料。结果表明，通过二元复合法可以得到相变温度适宜的相变材料，而脂肪酸酯类的相变材料则具有较高的相变焓，且绝大多数的相变材料都具有良好的热稳定性和化学稳定性。魏艳玲等［17］以膨胀珍珠岩为支撑材料，癸酸－硬脂酸二元复合物为相变材料，利用真空吸附法制备了颗粒型储能相变材料，并将其添加到石膏基体中，制备了相变储能石膏板。结果表明，通过真空吸附法二元复合相变材料的吸附质量分数达到了75％，且经过500次热循环后仍然保持了良好的热稳定性，加入2％的铜粉后，石膏板的导热性能有了很大的提高。
2．3．2微胶囊封装
在微胶囊封装过程中，在粒径为1～1000μm的颗粒相变材料表面包覆一层较薄的天然或者人工合成的高分子膜，这种封装方式可以制备出相变温度为－10～80℃的相变材料。微胶囊封装可以有效地防止相变材料的泄漏，增大相变材料的表面积从而提高传热速率。尚红波［18］分别以原位聚合法和界面聚合法合成了十二醇／脲醛微胶囊、硬脂酸丁酯／聚脲微胶囊和硬脂酸丁酯／聚氨酯微胶囊相变材料，研究发现当采取脲醛树脂与蜜胺树脂复配的方式时，十二醇／脲醛微胶囊相变材料的产率从50％提高到90％以上；当芯材壁材质量之比为3∶1时，硬脂酸丁酯／聚脲微胶囊经过400次热循环后、硬脂酸丁酯／聚氨酯微胶囊经过1000次热循环后都具有较好的热稳定性。蒋晓曙等［19］研究了影响石蜡－密胺树脂微胶囊的储热性能、包裹效率和表观形态的2个主要因素：三聚氰胺－甲醛的物质的量比和密胺树脂的固含量。结果表明，当密胺树脂固含量控制在10％～15％之间时，对胶囊合成的影响较小，当三聚氰胺－甲醛的物质的量比为1∶3时，微胶囊颗粒表面光滑，无团聚现象，对石蜡的包裹率可以达到71％。Zhang等［20］分别以甲苯二异氰酸酯、二乙烯三胺、聚醚胺为油溶性单体，正十八烷为芯材，苯乙烯－顺丁烯二酸酐共聚物为乳化剂，乙二胺为水溶性单体，氯化钠为成核剂，使用界面聚合法制备了正十八烷／聚脲相变微胶囊材料。其中，以聚醚胺为单体制备的微胶囊比其他两者具有更光滑的表面形态，更窄的粒径分布，更高的封装效率和反渗透能力，但热稳定性相对较差。微胶囊封装虽然解决了相变储能材料耐久性的问题，但由于其高昂的封装成本，很难实现规模化生产。为了降低微胶囊式相变储能建筑材料的成本，研究者们主要从微胶囊与墙体的复合方式及微胶囊的封装材料两方面着手。Biswas等［21］制备了一种新型的微胶囊相变储能材料，将石蜡封装在高密度聚乙烯小球中，之后将其与纤维板混合，并放置在测试建筑的外墙部分。经实体测试和数值模拟发现，与将相变材料掺入整个外墙墙体相比，将相变材料掺入外墙的内侧部分可以使得墙体具有更优越的热舒适性。这种复合方式大大降低了微胶囊相变储能材料的应用成本。Wang等［22］制备了一系列以碳酸钙封装的正十八烷微胶囊相变储能材料，该相变材料有良好的热稳定性、导热性和耐久性。由于封装材料是易得、低成本的碳酸钙，使得该相变储能材料在工业化生产中有着良好的前景。
3相变材料在建筑节能领域的应用
3．1被动式相变储能
被动式相变储能指的是相变过程中完全依靠大自然的冷热源来储存能量而不借助人工冷热源［23］，此类储能方式适用于昼夜温差较大的地区。Kuznik等［24］对一间翻新的办公室进行了为期1年的温度实时监测，其中一个房间的天花板和侧墙含有60％的相变石蜡微胶囊，另一个不含有相变材料其他完全相同的房间作为对比房间。研究表明，当墙体温度和空气温度在相变温度区间内变化时，相变材料可以充分发挥作用，从而调节整个房间的热舒适性。Neeper等［25］研究了相变储能石膏板的热性能，并研究了相变材料的相变温度、熔化温度的变化区间和单位面积的潜热储存量的影响。研究表明，在实际使用中日间能量存储量的范围在300～400kJ／m2之间；当相变材料的相变温度接近墙板的平均温度时，日间能量存储量可以达到最大。Entrop等［26］研究了地中海气候条件下，含有相变微胶囊的混凝土板材在夜间对整个房间的调温效果。研究者们制作了4个模拟盒子用于测试，其中有2个盒子含有5％的相变微胶囊。研究表明，含有相变微胶囊的混凝土板材的最高表面温度降低了16％，最低温度升高了7％，说明在此气候条件下，相变材料可以在不借助人工冷热源的前提下有效地储存热量。为了提高建筑物内部的热舒适性，Miguel等［27］在抹面砂浆中加入了25％的相变石蜡微胶囊，并建造了模型盒子进行热循环对比实验。研究表明，以相变储能砂浆制造的模型在春季和夏季的最高室温分别要比普通盒子低2．6℃和2℃，通过数值模拟得到的温度曲线也与实际检测的温度曲线非常接近，对相变材料的一些参数进行分析后发现，在砂浆中增加相变材料的掺量并不能明显降低室内最高温度，而针对不同的环境条件，需要使用不同相变温度区间的相变材料，从而达到最佳效果。Sayyar等［28］以癸酸和月桂酸的二元复合物为相变材料，石墨为多孔基体，制备了定形相变材料，并制成了含有夹层结构的相变石膏板，之后分别建造了含有相变石膏板和普通纸面石膏板的测试模型，对模型内的温度进行实时监控，发现含有相变石膏板的模型室内温差要比对比参照模型低11℃。经过数值模拟发现，相变材料的加入使得将温度维持在人体舒适度范围内所需要的能量节约了近79％。Pasupathy等［29］制备了一种含有无机水合盐相变材料的建筑屋顶，经数值模拟和实验验证后，发现该建筑屋顶在冬季时能将温度维持在相变温度范围内，但是到了夏季，由于屋顶温度始终维持在相变温度以上，相变材料始终处于液相，因此无法发挥蓄热作用。对此，研究者通过数值方法从理论上研究了一种含有双层相变材料的屋顶的调温作用，上层相变材料的相变温度为32℃，下层相变材料的温度为27℃。经理论分析，上层相变材料的相变温度需比夏季清晨的环境温度高6～7℃，从而可以使相变材料在热循环开始前处于凝固态。由于上层相变材料的存在，使得下层相变材料可以充分发挥调温作用，将天花板的温度控制在自身相变温度变化范围内。
3．2主动式相变储能
在某些昼夜温差较小的地区，如夏热冬冷地区，仅仅依靠大自然的冷热源，相变材料很难充分发挥其作用，为了解决这一问题，研究者们引入了人工冷热源来辅助相变材料的加热或制冷。常见的主动式相变储能装置主要包括相变蓄冷吊顶辐射供冷系统、相变储能热水采暖系统等。Koschenz等［30］制备了含有石蜡微胶囊的相变石膏天花板，并引入了毛细管冷却系统用于冷却相变材料，确保相变材料在每次热循环之前都处于完全凝固状态，使其能够充分发挥蓄热能力。通过数值模拟确定了相变天花板所需要的热性能，经过实验测试后，发现在相变材料完全融化为液相之前，天花板的温度被控制在24℃以下，室内温度被控制在28℃以下。关于这种相变天花板的防火性能还需进一步验证。冯国会等［31］研制了一种新型的相变太阳能热水采暖地板，该地板包含毛细管热水加热装置和大体积封装的相变储能材料。对该地板的热性能进行数值分析和实验验证后，发现在热水加热装置关闭的16h内，相变地板为面积为11．02m2的房间提供了37677．6kJ的热量。进一步研究表明，改变供暖水温和装饰层材料的导热系数有助于调节地板表面温度。Ansuini等［32］在轻质辐射地板中加入了颗粒相变储能材料，并在辐射地板内部插入定制的钢片，提高其导热性能。经过有限元数值分析后，发现对于一个16m2的房间，在夏季相变材料的引入可以使蓄冷辐射的用水量降低25％，但是在冬季，相变材料对于整个系统的采暖辐射没有影响。Dubovsky等［33］以冬季亚热带地区的一间中间楼层的房间为研究对象，该房间配有8扇1．5m×1．5m的窗户，同时在地板下铺设了一层20mm厚的相变石蜡层作为热源，利用便宜的谷电来加热，另一间除了没有窗户，其他配置相同。经实验比较，没有窗户的房间需要16kW的电量，要比有窗户的房间节约20％的电量。在加入了翅片后，相变材料融化和凝固的速率都得到了提高。而相变材料给予了整个房间较高的热惰性，使得即使在电加热功率不足的情况下，室内温度降低依然缓慢。牛润萍等［34］建造了两间主动式太阳房，以太阳能热水为热源，其中一间采用相变蓄热地板供暖，另一间采用干式地板供暖。经比较，使用相变蓄热供暖的房间室内最低温度比干式地板供暖的房间高2～3℃，室内温差减小3．5℃，相变材料与节能建筑围护结构结合使用，最大程度地利用了太阳能光热。闫全英等［35］研究了相变材料对热水采暖墙体热性能的影响，实时监测了墙体表面温度和热流变化，同时利用有限元分析分别对普通墙板和相变墙板的传热过程进行了数值模拟。结果表明，虽然在供暖过程中，相变墙板的表面温度比普通墙板低，但是当停止供暖后，相变墙板的表面温度和热流下降缓慢，仍然能持续向室内供热，室温波动较小。李建立等［36］以微胶囊石蜡作为相变材料，以木粉和高密度聚乙烯复合物为基质，制备了一种新型的定形相变材料，该相变材料有良好的导热性和力学性能，但是有明显的过冷度。之后，研究者们通过数值方法分析了该相变材料作为地板电采暖系统中储热层的可行性。经分析，该相变材料能够有效地调节室内温度和降低用电成本，并且相变材料的作用很大程度上取决于电采暖系统的工作模式和相变材料自身的厚度。Mazo等［37］自建了数学模型用于模拟相变材料在辐射地板中的传热过程，首先通过EnergyPlus建筑能耗模拟软件验证了所建立的建筑模型的精确度，之后建立了一维模型用于模拟辐射地板的传热过程，在此基础上引入了相变温度为27℃的颗粒定形相变材料作为案例分析。经数值模拟后发现，辐射地板引入相变材料后几乎可以完全把电能消耗从高峰期转移到非高峰期，与传统的辐射地板相比，节约了接近18％的能源消耗成本。虽然主被动式相变储能的原理比较简单，但是目前国内对于整个建筑体系储能效果的评价仍不完善，影响了相变储能材料的规模化应用。周全等［38］提出了相对时间滞后率、节能效率和峰温差3种评价指标，并自主研制了评价装置。通过相变储能石膏板和绝热材料参比板的对照试验，验证了节能评价装置的可行性。其中节能效率和相对时间滞后率能够直接和间接地评价相变材料的主被动节能性，而峰温差的引入可以进一步评价被动式相变储能建筑的节能性。
4结语
相变材料范文3
关键词： 相变材料 蓄冷 空调系统
1 前言 冰蓄冷系统具有技术成熟、性能稳定等优点，但需配置双工况机组，且多数系统要增加乙二醇溶液为载冷剂的中间换热装置，增加了系统的设计和控制难度。同时，冰蓄冷系统制冰充冷时由于蒸发温度比常规空调低8-10℃，冷机效率下降率达30%左右，是一种节费不节能的空调方式。相变材料式蓄冷系统则可直接利用常规主机，较大程度地提高制冷机的COP值。由于目前已开发出的可用于蓄冷空调系统的相变材料尚较少，价格也相对较贵，因而进行经济性分析是相变材料蓄冷技术推广应用的前提。
2 经济性分析模型的简化 本文采用的蓄冷介质为自行研制的一种相变材料。相变温度为8.2℃，相变潜热184kJ/kg。为便于比较，作如下假设：
（1）对于常规系统、冰蓄冷系统和相变材料系统三种方案，认为空气处理部分设备费用相同，系统初投资仅考虑冷源部分。
（2）相比较的冰蓄冷系统为应用较为广泛的冰球式系统，采用串联、主机优先的形式。
（3）相变材料蓄冷系统拟采用串联、主机下游的形式。
（4）下标0表示常规系统，1表示冰蓄冷系统，2表示相变材料蓄冷系统。
3 经济性分析数学模型 3.1 蓄冷系统主机容量的确定
当白天空调用制冷机容量恰好等于晚间蓄冷用制冷机容量，这时制冷机容量最小[1]。此时设蓄冷率。即
（1）
当和时，制冷机容量分别按（2）和（3）式进行计算。
（2） （3）
式中:——制冷机组容量，； ——设计日总冷负荷，
——制冷机的空调运行时间，h； ——制冷机的充冷运行时间，h
——制冰机组容量变动系数
3.2 系统初投资
系统初投资由系统设备本身的费用、机房设备场地建筑物费用和电贴费（很多地区已取消电力增容费，故在此仅考虑电贴费）组成，即
（4）
——系统设备本身的费用 ； ——电贴费
——建筑物投资较常规系统的增加费用（机房设备场地）
3.2.1 设备费用的确定
设备费用按设备容量进行估算，即用各设备容量乘以相应的估算指标[2]，并计入设备运杂费和安装调试费。蓄冷系统设备总费用为：
=++++++++ (5)
——制冷机初投资； ——蓄冷设备费用
——泵投资费用； ——冷却塔费用
——溶液及冷冻水管道费用； ——冷却水管道费用
——自控系统费用； ——电力设备费用
——板式热交换器费用
对于冰蓄冷系统
+ （6）
——负荷泵费用； ——制冷并充释冷综合泵费用；——冷却水泵费用
对于高温相变材料蓄冷系统，无需板式换热器和专门的负荷泵，但由于目前适用于空调系统的相变材料还较少，因而蓄冷介质费用高于冰蓄冷系统。蓄冷介质根据市场价按7000元/吨计，蓄冷槽采用现浇混凝土的形式，蓄冷器为金属板式。相变蓄冷装置及附属设备的造价按100元/kW.h计算。此时=0，且
+
高温相变材料蓄冷系统的供回水温度约为9/14℃，而冰蓄冷系统供回液温度约为3/11℃。前者的温差较后者大大减小，相应的泵和管道投资增加。
3.2.2 建筑物投资较常规系统的增加费用
（7）
——蓄冷负荷，； ——单位面积建筑造价 元/m2 (拟取3000元/)
——单位蓄冷量增加设备用房面积 (冰蓄冷系统一般取0.0073 )
由于所采用的相变材料潜热为冰的55%，因此在蓄冷量相同的情况下，相变材料蓄冷系统蓄冷槽的体积约为冰蓄冷系统的1.8倍，设备房建筑物投资费用相应增加。
3.2.3 电贴费
(8)
——系统配电容量，； ——每千瓦装机容量电贴费
常规系统配电容量： （9）
蓄冷系统配电容量： （10）
其中： （11）
——设计日最大负荷； ——单位配电容量电力报装费用，元/
、、---系统、主机、辅机性能系数
3.3 运行费用
三类系统中认为运行管理费用相同。年运行费用为
=++ （12）
3.3.1 年基本电费
年基本电费一般按系统配电容量计
= （13）
——基本电价，元/(·月)
3.3.2 年运行电费
常规系统年运行电费：
(14)
——峰、平、谷时段电价，元/； ——年供冷天数
——分别为三段用电量
冰蓄冷系统年运行电费：
(15)
，——系统直供和充冷时的值（包括辅机）
对于相变材料蓄冷系统，认为系统直供和充冷时的值相等，则年运行电费为：
（16）
3.4 经济性评价指标
冰蓄冷系统和相变材料蓄冷系统相对于常规系统的静态投资回收期、 分别如式（17）和（18）。
相变材料范文4
石蜡作为相变储能材料具有相变焓高、相变温度范围广、价格低等优点，但其较低的导热系数限制了它的传热性能。本研究使用两种不同相变温度的石蜡复合，以得到更广泛的使用温度范围；同时通过加入石墨提高材料的导热速率。通过差示扫描量热法测试复合后的相变温度和相变焓。
关键词：石蜡；复合；石墨；相变材料； 相变焓
复合相变材料是充分利用各类相变材料的优点，克服相变温度过低或者过高的缺点，或者相变过程中形变过大的缺陷等，通过将多种材料复合的方法合成具有特定相变温度和较高相变焓的复合材料[1]。石蜡作为提炼石油的副产品，来源丰富，价格便宜，无毒且无腐蚀性。但石蜡因导热性能较差在石蜡类储热相变材料中加入其它导热率高的物质，使之成为具有高导热率的新型复合相变材料，常见的方法有：石蜡与金属材料的复合[2]。石蜡与石墨的复合[3]。石蜡与交联树脂高分子的复合[4]。
本文采用熔融共混法将不同熔点的石蜡进行复合，同时加入石墨以改善导热速率。通过差示扫描量热法测试复合后的相变温度和相变焓。
1、材料制备
1.1 原料
本实验选取两种不同熔点的石蜡做相变材料，分别为石蜡80（熔点为80°）和石蜡100（熔点为100°）。原材料来自中国石油化工股份有限公司。选用细度为10000目的石墨，来自青岛金来石墨有限公司。
1.2 制备过程
1.2.1 主要设备
本实验的主要设备有电炉、石棉网、电子秤、烧杯、玻璃棒。
1.2.2 制备过程
本实验的具体制备方法采用熔融共混法，是将石蜡与石墨以一定的质量比在较高温度下熔解搅拌，使两种材料均匀混合，然后降温冷却。
（1）用电子秤分别称取石蜡80（2份，各5g）、石蜡110（2份，各5g）
（2）将石棉网放电炉上，打开电炉；
（3）取一份石蜡80和和石蜡110倒入1号烧杯，用电炉对烧杯进行加热，同时用玻璃棒缓慢搅拌，直到熔融；
（4）停止加热，直至复合物冷却凝固，由此得到复合石蜡，即样品3。
（5）再取一份石蜡80和和石蜡110倒入2号烧杯，用电炉对烧杯进行加热，用玻璃棒缓慢搅拌，直到熔融；
（6）再往加热的烧杯加入0.2g石墨，快速搅拌，让石蜡与石墨充分融合；
（7）停止加热，直至复合物冷却凝固，得到样品4；
（8）实验结束。
1.3 石蜡/石墨复合相变材料形态表征
制成的复合物石蜡80/石蜡110和石蜡80/石蜡110/石墨用数码相机拍摄得到如图1和图2所示。
图1 石蜡80/石蜡110图2 石蜡80/石蜡110/石墨
Fig 1 Paraffin 80/ Paraffin 110Fig 2 Paraffin 80/ Paraffin 110/ Graphite
从图中可看出，复合物表观透亮、均匀，说明熔合均匀，已制备出符合预期的复合相变材料。
2.热学性能测试
利用差示扫描量热仪对4个样品的热学性能进行研究，即石蜡80（样品1）、石蜡110（样品2）、石蜡80/石蜡110（样品3）、石蜡80/石蜡110/石墨（样品4）。
每一个样品的测试量为8～10mg，测试温度从0～300℃，升温速率10℃/min。本实验的测试过程是将样品装入标准铝坩埚，然后放入DSC测试仪器中。先从室温升温至300℃保温然后自然降温至室温，就完成一次测试，得到DSC曲线。4个试样的DSC测试结果显示在图3中。我们将其热学指标总结在表1中。
从表1中可以看出，相较于石蜡的相变温度，石蜡和石墨复合而成的相变材料相变温度变化不大。石蜡80的的相变焓为167.6j/g，石蜡110的相变焓为168.0j/g，石蜡80/石蜡110的相变焓为173.5j/g，石蜡80/石蜡110/石墨的相变焓为172.3j/g。对比相变焓的变化，石蜡/石墨复合相变材料有所变化，但变化很小，说明复合相变材料具有较大的蓄热能力，对单位质量石蜡的蓄热能力影响很小。
3.结论
本论文经过实验设计和分析测试，顺利完成了预定的各项研究工作，制备得到石蜡/石墨复合相变材料，提高了传热性能。验证了石蜡/石墨复合相变材料仍然具有石蜡相变焓高、储热能力强的特点。
[参考文献]
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[3]MEHLING H，HIEBLER S，ZIEGLER F.Latent Heat Storage Using a PCM-Graphite Composite Material[M].Stuttgart，Germlly：TERRASTOCK，2000.
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相变材料范文5
关键词：金属晶体 溶入析出 力学性能 防腐性能
金属材料的热处理过程是金属材料微观相结构发生固态转变的过程，固态转变是金属材料合金成分在金属晶体晶胞内的溶解析出形成的。热处理过程中金属材料冷却转变温度不同，形成不同的微观相结构，金属材料的合金成分不同，热处理以后会有不同的微观显微组织。为了满足对金属材料各种性能的要求，对金属材料进行强韧化处理，加入合金成分进行固溶强化，冷变形回复再结晶细晶强化，塑性变形增加金属材料的位错强化。金属材料强韧化处理以后，可以应用在工程和机械方面，有工程结构钢、机械制造结构钢，应用在工具制造和耐热耐高温的高科技行业，有工具钢、高温合金钢。热处理的发展有整体热处理、表面热处理、化学热处理，我国先进的热处理设备和热处理技术为我国现代化建设作出了重要贡献。
1、金属材料的微观晶体结构
金属材料都是晶体结构，如果金属在液态急冷也会形成非晶态组织。晶体有单晶体和多晶体，单晶体是单一位向的晶体，多晶体是不同位向的晶体，晶体的不同位向我们称之为晶粒。
金属材料的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格，各种晶格结构的晶体都有它的晶向指数和晶面指数。晶向指数的确定方法是建立坐标系，求坐标uvw，化整数uvw，加中括号，晶面指数的确定方法是建立坐标系，求截距、取倒数、化整数、加小括号。金属材料的微观显微组织由各个相组成，所谓相就是金属材料中结构相同、成分性能均一的组成部分。金属材料合金成分在金属晶体中固溶，金属材料晶体结构中存在空位、间隙原子，存在位错，还有晶界、相界以及表面。
2、金属材料合金成分的溶入析出理论
金属材料由金属晶体加入合金成分固溶在金属晶体的晶胞内，合金成分它们的原子以分子间力、金属键、共价键、离子键的结合力的形式固溶。金属材料合金成分的原子在金属晶体的晶胞内的固溶位置随温度而变化，温度升高原子逐渐固溶在金属晶体的晶胞心部，快速冷却时原子析出在金属晶体的晶胞表面，金属材料的晶格结构从体心立方晶格转变成面心立方晶格和密排六方晶格。金属材料合金成分的原子从晶胞心部向晶胞表面的析出过程是微观相结构的形成过程，在热处理冷却过程中不同的冷却转变温度析出具有不同形态的相组织。从加热状态快速冷却至室温的金属材料晶格结构之间的转变我们称之为金属材料的相变。
金属材料的热处理过程是金属材料加热、保温和快速冷却的过程，在热处理加热过程中，随着温度的升高，金属材料的合金成分在金属晶体晶胞内的溶入度不断增大，从加热保温状态以一定的冷却速度冷却，随着金属材料合金成分在金属晶体晶胞内的溶入度迅速减小，合金成分析出在金属晶体的晶胞表面，在室温下可以从电子显微镜观察到不同的微观相组织。
3、金属材料合金成分和力学性能
金属材料中的合金成分可以增加金属材料的强度。金属材料合金成分不同，原子之间的结合力不同，则金属材料的力学性能不同。纯金属只有一种金属原子，它们原子之间的结合力我们称之为分子间力。如果固溶的合金元素是金属元素，则固溶的合金元素之间形成金属键，如果固溶的合金元素是金属元素和非金属元素，则形成共价键，两个原子各提供一个价电子形成的共价键称为一般共价键，由一个原子单独提供价电子形成的共价键称为配位共价键。如果固溶的合金原子结合力强形成离子键，离子键是金属原子的核外电子进入非金属原子的核外电子轨道形成离子键化合物。
在热处理中，同样的冷却转变温度不同的金属材料有不同的微观析出形态，这和金属材料原子之间的结合力有关，原子之间的结合力不同原子析出速度不同，形成不同的微观相结构，材料因此具有不同的强度、硬度等力学性能。
4、金属材料原子的结合力和防腐蚀性
金属材料要具有很强的抗氧化和抗腐蚀的能力。空气、蒸汽、水属于弱腐蚀介质，酸、碱、盐属于化学侵蚀性介质。在金属材料中间隙固溶的合金原子之间存在结合力，如果金属晶体的原子和合金成分原子之间也存在结合力，则间隙固溶的合金成分的原子能量增加，间隙原子置换出金属晶体的原子，置换出的金属原子进入金属晶体的空位或表面，进入表面的金属晶体原子和弱腐蚀介质或者化学浸蚀性介质的原子结合形成化合物，金属材料就会被氧化腐蚀。
如何防止金属材料氧化腐蚀，就是要防止金属材料的金属晶体的原子被合金原子置换。金属材料的合金原子固溶后由于间隙固溶原子会造成晶格绮变，原子核对电子的束缚力很大，形成自由电子可能性很小，而间隙固溶的原子核外电子轨道的重叠很多，能形成稳定的化学键。如果合金材料中加入一种金属合金元素则金属原子之间以分子间力的形式形成稳定的固溶体。如果加入两种不同的金属合金元素则形成稳定的金属键固溶体，如果加入两种合金元素一种是金属一种是非金属，则形成稳定的共价键化合物或离子键化合物固溶体。如果是两种合金元素则原子数要相同，否则多余的合金原子容易和金属晶体的原子形成结合力，容易置换出金属晶体的原子，造成氧化腐蚀。我们可以用原子之间结合力的方式设计合金成获得
具有优良性能的金属材料。
5、金属材料微观相结构的相变理论
金属材料在热处理中同一个相变温度则形成单相组织，不同相变温度则形成多相组织。以铁碳合金的热处理微观显微组织分析，亚共析钢缓慢冷却得到铁素体和珠光体组织。铁素体是白色的块状组织，珠光体是黑色的片状组织。铁素体和珠光体的形成是金属材料加热、保温、冷却过程中，合金成分从金属晶体的晶胞内析出在金属晶体的晶胞表面，由于在加热的高温状态缓慢冷却因此金属材料的冷却转变温度高，原子的析出速度慢，析出的合金成分慢慢聚集形成珠光体片状组织，合金成分含量很少的晶胞形成白色的铁素体块状组织。
如果热处理过程中金属材料的冷却速度快，冷却转变温度低，原子的析出速度快。如果贝氏体冷却转变温度偏高则金属材料合金成分的原子在金属晶体的晶胞表面析出形成羽毛状的上贝氏体组织，如果贝氏体冷却转变温度偏低则形成针状或竹叶状的下贝氏体组织。
如果金属材料在冷却介质中快速冷却，原子的析出速度快，因此合金成分在很短的时间内快速析出在金属晶体的晶胞表面形成板条状马氏体组织。在板条状马氏体组织形成的同时，出现残余奥氏体组织，残余奥氏体组织是金属材料合金成分析出在金属晶体晶胞表面以后的组织。
6、结论
（1）金属材料的合金成分固溶在金属晶体的晶胞内，在热处理过程中随着温度的变化合金成分在金属晶体的晶胞内溶入析出，金属晶体的晶格结构从合金成分溶入金属晶体晶胞心部的体心立方晶格转变成合金成分析出在金属晶体晶胞表面的面心立方晶格和密排六方晶格。
（2）金属材料间隙固溶的金属或非金属原子由于原子核对电子轨道电子的束缚力大，电子轨道的重叠较多，如果合金成分的金属或非金属的原子配位数相同，则可以形成稳定的固溶体。如果可以避免金属晶体的原子被置换，有效防止金属材料的氧化腐蚀。
（3）微观显微组织的相结构是在热处理中合金成分的原子在金属晶体的晶胞表面析出形成的。不同的过冷转变温度析出具有不同形态的相结构。金属材料在热处理过程中金属晶体晶格结构的转变我们称之为相变。
相变材料范文6
Key words： phase-change material；energy-saving building construction；application
中图分类号：TU55+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）03-0151-02
0 引言
随着人们生活水平的不断提高和建筑行业的发展，以及相变材料的兴起，人们越来越关注节能的效果。我国的相变材料研究仍旧处在理论方面，在实际应用上还存在一些问题。文章对相变材料的特点进行了分析，研究了相变材料在实际工程中的应用，并通过秦皇岛世极城堡的实例进行了分析，旨在促进建筑行业的发展，提高人们的生活水平。
1 相变储能材料
相变储能材料简称PCMs，指的是在一定温度下，能够改变其物理性质的材料。当材料的温度比相变点高时，PCMs会吸收掉一定的热量，从而产生相变；当材料的温度比相变点低时，PCMs会释放掉一定的热量，从而发生逆相变。PCMs有着其独特性，储能密度高，相变潜热大，在相变的过程中材料的温度一般不会发生改变。在调整材料所处环境温度的同时，能对能源供求之间在时间和速度上的不同步进行调整（如图1），从而对室温进行精确性的控制，可以有效地对建筑进行节能保温。
根据材料在相变过程中相态的变化方式，可以分为4个不同的类型：固气相变材料、固液相变材料、固固相变材料、液气相变材料。液气相变材料与固气相变材料在转化时伴随的相变潜热比固液相变材料与固固相变材料相变时的相变潜热要大得多。但是在进行液气和固气转化的过程中，会有气体产生，材料的体积会发生变化。因此，在实际的应用中，固液相变材料和固固相变材料的应用范围较广。
根据材料的性质，可以分为无机物和有机物两种。无机物和有机物相比，在蓄热密度、溶解热、导热以及成本上都有着一定的优势。但是由于其易腐蚀性，在相变过程中，存在过冷、易相分离的特性，储热能力有一定的下降。绝大部分的有机物都存在导热性差，储能利用率低的缺陷，降低了系统的工作效率。同时也有着一定的优点，如防腐蚀性高一级固体成型较好[1]。
2 相变材料在建筑材料中的应用
随着人们生活水平的不断提高，在生活方面更加注重舒适感。我国在发展上，倡导与环境协调发展。为了减少建筑工程中的材料消耗，降低空调以及供暖系统的投入成本，相变材料在建筑节能工程上的应用受到了广泛的关注。
2.1 相变储能墙板
相变储能墙板是在上世纪80年代出现的一种含有相变材料的建筑围护结构材料，根据建材基体的不同，可以分为三种：第一，以石膏板为基材的相变储能石膏板，主要用于外墙的内壁材料，可以保持室内温度的稳定，确保建筑的舒适性；第二，以混凝土为基材的相变储能混凝土，一般作为外墙体的材料；第三，以保温隔热材料为基材，可以制作高效节能型建筑保温隔热材料。相变储能墙板主要用于建筑围护结构，当室内的温度比相变材料的温度高时，相变材料会发生相变，将建筑中多余的热量吸收掉；当室内的温度比相变材料温度低时，相变材料也会产生相变，释放出大量的热量，保证室内的舒适度。用相变材料制作墙板，既可以降低维护结构的传热量，又可以保证室内的舒适度。
2.2 相变储能砂浆
将相变材料融入到砂浆或灰泥中，可以制备出具备蓄能能力的相变储能砂浆。在德国的研究中，通过微胶囊技术奖石蜡封装在20μm的能量微球中，并将其与灰泥混合，制造出一种可以用于内墙的石蜡砂浆，该砂浆中含有10%到25%的掺石蜡的能量微球。这种砂浆可以作为室内冬季保温和夏季制冷的材料，保证室内的温度。当室内的温度超过22℃后，砂浆中的石蜡会融化，吸收室内的热量，降低室内的温度；当室内的温度低于22℃时，砂浆中的石蜡会凝固，会释放出大量的热量。
在加拿大的研究中，将49%丁基硬脂酸盐和48%丁基棕榈酸盐进行融合，作为相变材料，通过直接混合法和灰泥砂浆进行混合，按照工艺流程制造出相变储能墙板。这种墙板和普通的墙板相比，储热能力更强，并能够根据相变材料的吸收量和融化量对储热量进行精确的控制[2]。
2.3 相变材料的其他应用
在其他方面，包括相变储能混凝土、建筑保温隔热材料、相变材料涂料、相变蓄热地板等。
相变储能混凝土和普通混凝土相比有着较大的热熔，将其作为外墙体材料，可以保证室内温度的稳定，提高室内舒适度；建筑保温隔热材料是保证建筑节能的基础，是目前建筑节能上主要的研究课题；相变材料涂料应用在建筑上，可以提高老房屋的储热能力，有利于材料的普及；相变蓄热地板一般是结合电加热方式使用的。通过地板采暖的方式，能够保证室内温度平衡，符合人们“足暖头凉”的需求，而且成本较低，应用性较好。
3 相变材料的实际应用
在秦皇岛世极城堡的设计中，广泛使用了相变材料以及相应的技术。例如外墙的保温、地暖、中水处理等。在钢筋混凝土外墙上增加了一层FTC自调温相变保温材料保证建筑内的温度，此外，屋顶也采用了这种材料，保温的面积达到了30万m2。
FTC自调温相变材料和其他的保温材料相比，有着一定的特点，导热系数和保温层相对厚度比都比较低，符合相关的要求，而且在防火性能方面比较优秀，远远高于聚苯板和挤塑板。而且FTC自调温相变材料的节能方面效益较高，可以达到65%。和其他的材料相比，FTC自调温相变材料在性能、抗压性、抗裂性、耐候性、阻燃性、环保性、施工等各个方面都有优势。
虽然通过空调系统也可以控制建筑内的温度，但是需要消耗大量的能量。而通过相变材料的储热性能，能够有效减少空调系统的符合。经过测试得出，相变材料的潜热值为241.44J/g，传热系数为0.51w/（m2?K），在温度较低的地方，相变材料只需要36mm就能达到48mm挤塑板的效果，能够达到近七成的能量。由此可以看出，相变材料在实际建筑工程中的应用有着各种优点。
