相變建築材料是一種有別於普通建材的新型建築功能材料，下面是小編蒐集整理的一篇探究相變建築材料發展現狀的論文範文，供大家閱讀檢視。
【摘 要】本文首先指出了相變建築材料的發展現狀，繼而探討了相變建築材料的發展應用，旨在促進該種材料在建築領域的進一步應用。
【關鍵詞】相變建築材料;發展現狀;應用
近些年來，相變材料(PCM)的開發和利用受到了人們的普遍關注。相變材料具有物相變化特性，在物相變化過程中能吸熱或者放熱，從而實現能量儲存或者釋放的效果。採取一定的技術手段將相變材料和常規建築材料複合在一起，便會得到一種新型儲能建築材料(PCBM)，不僅保留了原有建材的優點，還繼承了相變物質的優點。當儲存相同熱量時，相變建築材料體積遠遠小於普通建築材料的體積。另外，相變建築材料對溫度變化較為敏感，能根據室內溫度變化進行能量的儲存或者釋放，大幅提高了室內環境的舒適度。[1]相變建築材料的應用還處於起步階段，有著非常廣闊的市場前景。相關專家表示，如果將相變建築材料廣泛應用於房屋建築中，那麼可減少百分之五十用於加熱或者製冷的電力消耗。
1、相變建築材料的發展現狀
1.1 相變建築材料的發展歷程
1.1.1 相變材料應用於建築材料始於1980年。近些年來，相變材料和相關建築材料(如石膏板等)的結合更為深入，大大提高了建築結構的熱能存貯效果。上世紀80年代，相關研究人員對相變材料(無機物和有機物)進行了嚴格的篩選工作。
1.1.2 早期研究重點放在了無機水合鹽這一領域，如Na2SO4・10H2O 和CaCl2・6H2O，這兩種材料儘管熔點合適、潛熱較大、價格便宜，但存在“過冷”、“析出”、腐蝕以及吸潮等弊端而被排除。接著，人們將研究視線轉移到了低揮發性無水有機物這一領域，如聚乙二醇、脂肪酸以及石蠟衍生物等[2]。該類材料在物理化學效能方面較為穩定，再加上良好的熱行為以及可調的相變溫度，因而具有一定的開發潛力。
1.1.3 最近幾年，國內外開始致力於有機相變建築材料的研究，包括石蠟烴、脂肪酸以及多元醇類等。正烷烴的熔點和人體舒適溫度較為接近，相變焓大，缺點是價格貴，且會造成建材表面結霜;脂肪酸價格便宜，相變焓小，單獨使用時，對量的需求很大;多元醇不僅具有固定相變溫度，還具有固定相變焓，缺點是價格偏高。
1.1.4 為了解決單一相變材料存在的問題，人們對二元及多元相變體系展開了進一步的研究。
目前，主要存在兩種複合方式：(1)將正烷烴與脂肪酸類、多元醇類相變材料混合，從而實現以更低成本獲得效果更好的複合相變材料。(2)將兩種或三種多元醇進行一定比例的混合，最終形成“共融合金”，以實現對相變溫度或者相變焓的有效調節[3]。
相變材料混合物的研發和應用，極大地推動了相變建築材料的發展，主要表現在以下幾個方面：(1)在選用相變材料時，有效克服了純物質熔點的限制問題，拓寬了篩選範圍，人們可以選擇兩種或者兩種以上、具有不同熔點的純物質去製作所需要的相變材料混合物，從而降低了製造費用。(2)由於組元的不同以及成分的可改特性，為相變溫度的可連續調整奠定了基礎。(3)應注意組元的適當選取，使混合物部分或者全部繼承某些組元的優點，如對烷烴和醋類進行有機混合，一方面有助於相變潛熱的保留，另一方面有助於表面結霜的抑制。
1.2 相變建築材料的應用
建築領域，如何高效應用相變材料是一個值得深入研究的課題。為使相變建築材料達到最佳節能的要求，應結合相關因素(包括建築構造、氣候環境以及使用目的等)，對相變建築材料以及換熱方式進行科學佈置[4]。
1.2.1 相變材料和混凝土結合
用於構築建築牆體在建築節能領域，相變儲能混凝土在熱容方面遠遠優於普通混凝土。將相變儲能混凝土用作外牆體材料，有助於保持室內溫度的穩定，改善室內熱舒適性，同時達到節能的目的。在上世紀70年代，Chahroudi等人就以芒硝等無機相變材料，並通過直接浸泡法制備了相變儲能混凝土，值得一提的是，該類相變材料將會對混凝土基體產生一定的腐蝕作用。張東等人對相變混凝土的製備方法和熱效能進行了深入的研究。他們採用“兩步法”，即先製備定形相變材料――骨料，然後再採用相變儲能骨料，用普通混凝土的製備技術配製了相變儲能混凝土。所得到的相變儲能混凝土在儲熱效果方面遠遠好於一般混凝土。Kuznik等人用數值模擬方式研究一種含新型相變材料的牆體的熱效能，試驗顯示，相同氣候條件下與不含相變材料牆體相比，含相變材料的牆能夠有效控制室內溫度波動，當天氣過熱時，效果的更加。研究顯示，利用以下方法可將相變材料有效地包容於混凝土中：(1)將相變材料吸入多孔材料。(2)將相變材料吸入超細的特殊SiO2材料中。(3)將相變材料滲入聚合物載體中[5]。 1.2.2 相變材料和室內輕質圍護材料結合。 在建築圍護結構中，引入相變儲能技術，一方面能夠大幅提高室內環境的熱舒適性，另一方面能夠有效降低空調系統的相關消耗(包括投資及能耗)。這對於建築節能技術發展和應用而言，具有非常重要的現實意義。將相變材料和水泥石膏或者高分子聚合物有機的複合在一起，能夠製成輕質板材或者漿料。在牆板、地板以及天花板的施工中，如果採用上述輕質板材，並結合適當的換熱方式，那麼將會獲得良好的節能及蓄熱效果。Dariusz Heim等人做過如下試驗：在被動式太陽能房間中，分別採用各種相變石膏板，然後對各自的熱效能以及儲熱效果進行數值測試。試驗結果顯示，相變石膏板的應用能夠實現對太陽能的充分利用，理想條件下，甚至能夠節省百分之九十的採暖費用。德國弗賴堡夫琅費太陽能系研究所研製出了一種具有冬暖夏涼效果的.內牆砂漿，其原理是在水泥中摻入一定數量的、裝有石蠟的微膠囊，如此一來，30mm厚的這種砂漿牆體在熱容量方面可媲美400mm厚的水泥牆體。
1.2.3 相變材料和纖維等軟質材料相結合
將相變材料和纖維等軟質材料有機的結合在一起，所製成的建築材料通常具有良好的保溫隔熱效果，這正是當今高效節能理念所要求的。將相變材料和纖維複合，並用於調溫桌布以及百葉窗的製作，能夠大幅降低窗戶的熱流損失，從而維持室內溫度的恆定。e等人對兩種窗簾(一種含有相變材料，另外一種不含相變材料)進行了深入的對比研究，以揭示二者在熱流損失上的差異。用於試驗的且含有相變材料的窗簾是一種三層織物，其中間一層為填充有相變材料的泡沫層。該種窗簾能夠利用相變材料實現對吸熱、散熱的有效調節，能夠明顯降低熱流量損失，最高可達百分之三十[6]。美國專家曾研製成功一種調溫桌布，當室溫高於21°C時，將發生吸熱作用，當室溫低於21°C時，將發生放熱作用。該種調溫桌布通常被設計成三層。(1)靠牆的裡層採用絕緣材料，將冰冷的牆體有效隔離開來。(2)中間層屬於調節層，含有相變材料成分，能發揮吸溼、蓄熱的功能。(3)外層應美觀大方，適合裝飾圖案的印刷。
2.相變建築材料的發展策略
未來，相變建築材料的發展策略可參考以下幾點：(1)針對不同的室內外環境特點，開發出具有合適相變溫度與相變焓、在長期使用過程中物理化學效能穩定、價效比較高的適合用於建築節能的相變材料。研究改善相變材料的導熱效能，提高其相變速率的方法。(2)研究相變材料與普通建築材料的結合方式。研究摻入相變材料後，相變材料與普通建築材料的相容性及混合後材料的儲熱傳熱機械及防火特性。(3)在不同熱(冷)源形式的供暖、空調系統中，針對不同的使用條件(包括氣象條件)，開展帶相變建築節能材料建築傳熱過程的數值模擬研究和與模擬研究對應的實驗研究[7]。
3.結語
相變建築材料是一種有別於普通建材的新型建築功能材料。該類建材的應用，能夠大幅降低建築能耗，因而具有廣闊的應用前景。隨著世界能源的日益緊張，人們越來越關注建築節能問題，在這種背景下，相變建築材料將會迎來新一輪的研究熱潮，獲得更進一步的發展。
參考文獻
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