CN103015540B - 建筑用相变蓄能板及其制造方法 - Google Patents
建筑用相变蓄能板及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103015540B CN103015540B CN201210543217.8A CN201210543217A CN103015540B CN 103015540 B CN103015540 B CN 103015540B CN 201210543217 A CN201210543217 A CN 201210543217A CN 103015540 B CN103015540 B CN 103015540B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase
- cylinder
- change material
- acid
- lower shoe
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 title abstract description 12
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title abstract description 10
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 claims abstract description 104
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 57
- GHVNFZFCNZKVNT-UHFFFAOYSA-N decanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCC(O)=O GHVNFZFCNZKVNT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 claims abstract description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N hexadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- LQZZUXJYWNFBMV-UHFFFAOYSA-N dodecan-1-ol Chemical compound CCCCCCCCCCCCO LQZZUXJYWNFBMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims abstract description 6
- BXWNKGSJHAJOGX-UHFFFAOYSA-N hexadecan-1-ol Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCO BXWNKGSJHAJOGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 235000021314 Palmitic acid Nutrition 0.000 claims abstract description 5
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 claims abstract description 5
- WQEPLUUGTLDZJY-UHFFFAOYSA-N n-Pentadecanoic acid Natural products CCCCCCCCCCCCCCC(O)=O WQEPLUUGTLDZJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Natural products CCCCCCCC(C)CCCCCCCCC(O)=O OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000008117 stearic acid Substances 0.000 claims abstract description 5
- TUNFSRHWOTWDNC-HKGQFRNVSA-N tetradecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCC[14C](O)=O TUNFSRHWOTWDNC-HKGQFRNVSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 44
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 29
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 25
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 20
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 claims description 20
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 11
- 125000001421 myristyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- POULHZVOKOAJMA-UHFFFAOYSA-M dodecanoate Chemical compound CCCCCCCCCCCC([O-])=O POULHZVOKOAJMA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 229940070765 laurate Drugs 0.000 claims description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 3
- 238000013519 translation Methods 0.000 claims description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 abstract description 32
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 abstract description 6
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 abstract description 6
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 abstract description 6
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 abstract description 6
- 238000005034 decoration Methods 0.000 abstract description 2
- -1 carbon alcohols Chemical class 0.000 abstract 2
- POULHZVOKOAJMA-UHFFFAOYSA-N dodecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCC(O)=O POULHZVOKOAJMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- GLDOVTGHNKAZLK-UHFFFAOYSA-N octadecan-1-ol Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCCO GLDOVTGHNKAZLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- HLZKNKRTKFSKGZ-UHFFFAOYSA-N tetradecan-1-ol Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCO HLZKNKRTKFSKGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 239000005639 Lauric acid Substances 0.000 abstract 1
- 239000002085 irritant Substances 0.000 abstract 1
- 231100000021 irritant Toxicity 0.000 abstract 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 20
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 18
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 16
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 11
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 10
- 239000003094 microcapsule Substances 0.000 description 10
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 238000011160 research Methods 0.000 description 8
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 8
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 7
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 6
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 description 6
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 6
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 6
- 241000264877 Hippospongia communis Species 0.000 description 5
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 5
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 5
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 5
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 4
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 4
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 4
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 4
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 4
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 239000000374 eutectic mixture Substances 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N 1,4a-dimethyl-7-propan-2-yl-2,3,4,4b,5,6,10,10a-octahydrophenanthrene-1-carboxylic acid Chemical class C12CCC(C(C)C)=CC2=CCC2C1(C)CCCC2(C)C(O)=O RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010000060 Abdominal distension Diseases 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000024330 bloating Diseases 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003416 augmentation Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002964 excitative effect Effects 0.000 description 1
- 239000004795 extruded polystyrene foam Substances 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 238000001802 infusion Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 239000010451 perlite Substances 0.000 description 1
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229920006327 polystyrene foam Polymers 0.000 description 1
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 239000010455 vermiculite Substances 0.000 description 1
- 235000019354 vermiculite Nutrition 0.000 description 1
- 229910052902 vermiculite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Building Environments (AREA)
Abstract
本发明公开了一种建筑用相变蓄能板,由上盖板、下底板和相变材料组成;下底板为盒状,下底板内均匀设置有圆柱体Ⅰ和圆柱体Ⅱ;圆柱体Ⅰ固定在下底板与上盖板上,圆柱体Ⅱ直接黏贴在下底板上;所述下底板的剩余空间充满固态的相变材料;上盖板与下底板之间采用环氧树脂密封,保持两板完全配合。所述相变材料为脂肪酸与高碳醇类的混合物,脂肪酸为正癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸;醇类为十二醇、十四醇、十六醇和十八醇;脂肪酸与高碳醇类的质量百分比为46.4%:53.6%~97.5%:2.5%。本发明结构稳定,相变材料不易泄露且无刺激性气体溢出,外表美观,除应用于建筑墙体之外还可用于室内装饰、吊顶及铺设地板。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域,特别涉及一种内部结构为相变材料而外表为轻薄铝板的建筑用相变蓄能板及其制造方法。
背景技术
最近三十年来,随着中国经济的快速发展和生活水平的提高,中国的能耗呈急剧增长的趋势。而且,随着中国迅速的城镇化和现代化,中国的建筑能耗也增长加速。据统计,建筑能耗占总能耗的比例已经由1978年的10%上升到至今的30%,并且,按照西方发达国家的发展规律建筑能耗还将上升到35%以上。因此,建筑能耗将成为社会总能耗的重要组成部分,建筑节能也将成为节能减排任务中的重要一环。尽管建筑节能变得越来越举足轻重,但是不能因为盲目的追求低能耗而使建筑室内的热环境变得恶劣,因此,必须在节能与室内舒适之间找到一种平衡。若是存在一种媒介将室内过剩的热量或冷量吸收掉,然后在室内热量或冷量亏缺时释放出来,这样就减少了建筑总能耗的浪费而且可以将室内热环境一直维持在舒适程度范围之内。另外,若是此种媒介直接或间接吸收、释放可再生能源产生的热量,那将进一步节省建筑能源的消耗。加大建筑围护结构的厚度,将建筑材料当做此种媒介,利用其显热进行蓄放能量,此种方法在被动式太阳能房中有实际运用的先例,但是围护结构的显热蓄存能量有限,而且重厚的围护结构占用空间面积大且不符合现代建筑轻型围护结构的发展趋势。一种新颖的方式在上世纪被提出来,将相变材料作为媒介:利用相变材料的相变过程进行蓄放热。因为相变材料潜热蓄存的能量较一般建筑围护结构的显热要大得多,因此在实现上文提到的媒介作用时,相变材料是最合适的媒介。
早在上世纪70年代,为解决日益严峻的环境问题、能源短缺问题以及能源的高成本问题,科研工作者就展开了很多相变材料应用的工作。而解决这些问题的核心一直是如何储存过剩能源、减少能源产生到应用过程的浪费和可再生能源的合理运用。而相变蓄能技术由于其高密度的蓄能能力备受关注。相比于传统的显热蓄能装置,潜热蓄能装置储存相同大小的能量所需要的材料的体积和质量更少。而且,其蓄能过程伴随着温度的恒定或接近于恒定温度,这个恒定的温度或温度范围与相变材料的相变点温度相对应。相变蓄能技术得到广泛的重视并且大规模的研究开始出现,可以追溯到1974年爆发“第一次能源危机”之后,以政府部门的牵头和参与为标志。而到80年代初期这一时间段内,研究主要倾向于相变蓄能技术的应用研究,其中在太阳能加热系统领域的应用所受关注最多。如1982年,美国俄亥俄州能源部资助了一项高强度相变材料微胶囊的研究;同年,美国Argonee国家实验室研究了一项将相变材料应用于太阳能领域的研究。从80年代中后期至目前,更深入的研究工作出现在这个阶段,并且更具有规模性和创造性。这一阶段主要着眼于新型相变材料的研制以及相变储能技术在不同领域更为广阔的应用,尤其是在建筑节能应用方面。如,土耳其学者A.Sari等人对脂酸类相变材料的热物性及化学稳定性等进行了大量的研究,设计了多套不同相变温度的脂酸类共融合金混合物,并且利用真空吸附技术,将这些低共熔混合物渗入到建筑材料中;加拿大Feldman等人通过两种方法制作相变储能石膏板;T.Karlessi研制了相变微胶囊粉末用于建筑外层涂料中,用于降低城市热岛效应;中国的学者葛新石等对相变材料的理论和应用做了详细的研究,并发明了石蜡与高密度聚乙烯熔融共混而成的定型相变材料;冯国会等学者在国内首次应用了浸泡法将普通石膏板浸泡入相变材料中制成了相变蓄能石膏板,并在冬季时利用电热膜进行了移峰填谷实验。
当今建筑围护结构的节能方式主要是在墙体外层加外保温层,如:聚苯乙烯泡沫、挤塑聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等等。虽然保温层降低了围护结构的传热系数,但是其作用也只是起到了隔热保温的作用,在蓄能方面起到的作用有限。与保温墙体材料不同,相变蓄能技术应用在建筑中不仅能够起到保温的作用,而且在建筑热能的存储和利用方面起主要作用。由于巨大的潜热作用使相变材料能够产生相当于几倍等量传统保温材料的隔热、保温效果。并且,由于高层建筑发展迅速,建筑围护结构正在向轻质材料方向改进,但由于普通轻质材料热容较小,这会导致室内温度波动较大,这不仅会降低室内热舒适的程度,而且还增加了空调/供暖负荷,导致了建筑能耗上升。而相变蓄能技术与建筑围护结构结合,增加了围护结构的热惰性、减少热量损失,降低空调或供暖负荷,进而起到建筑节能的目的,并且其仅仅是非常有限的增加了围护结构的容积,但却取得了大大好于普通保温材料的效用。另外,相变技术的应用可使采暖或空调系统利用夜间廉价电运行,降低采暖或空调系统的运行费用。因此,相变蓄能技术与建筑围护结构的结合符合当前建筑向多层、轻质结构方向发展的趋势,使建筑节能效果更加显著。
目前,相变材料建筑应用主要有五种方式:直接掺入法、浸入法、微胶囊和定型相变材料。(1)直接掺入法为最简单的一种应用方式,即将液体的相变材料或固态的相变材料粉直接掺入到建筑材料中。此种方法实施简便,但相变材料在液体状态下的渗漏以及与建筑材料的不相容是它的最大弊端。(2)浸入法是指将具有内部空隙的建筑材料(如石膏板、砖、混凝土、蛭石以及膨胀珍珠岩等)浸入到液态的相变材料中,并利用毛细吸附作用或真空吸附方法将相变材料吸收到其内部微小空隙中。浸入法与直接渗入法虽然具体步骤不尽相同但共性都是相变材料与建筑材料直接接触。此种方法在长期的应用中也存在相变材料的泄漏问题。(3)微胶囊法将微量的相变材料用特殊的工艺加入到微观的聚合物胶囊中,然后将一定量的微胶囊粉末与建筑材料(混凝土、石膏板以及聚合物等)混合组成复合建筑节能材料。虽然此种方法在很大程度上解决了相变材料泄露的问题,但是与建材搅混以及长时间的应用后的壁囊老化问题还是可以造成相变材料的泄露,而且,要保证微胶囊壁囊材料与建筑材料之间要没有化学反应。制作微胶囊的工艺相对来说复杂,需要注意相变材料粉末的平均直径,外壁的厚度以及相变材料所占胶囊的总质量的百分比等等。另外一个很重要的缺陷是,当微胶囊直径达到微米级别时,在凝固过程中会出现过冷现象。(4)目前除微胶囊法外,另外一个比较流行的方法是定型相变材料。制作定型相变材料需要相变材料和支撑材料。将两种材料在液体状态或玻璃化状态下按照一定的比例进行混合,再进行冷却将支撑材料冷却到玻璃化转变温度以下制成定型相变材料。这种方法最大的优点是相变材料与支撑材料一体化,支撑材料可以起到封装的作用。定型相变材料一般应用于建筑室内、天花板和地板,因此,这种方式的难点在于如何达到封装严密性、安全性和环保性。现行的支撑材料一般为高分子材料(HDPE、SBS等等),相变材料一般为石蜡、脂肪酸等等,都具有易燃性。而且,某些相变材料如脂肪酸类相变材料还具有弱腐蚀性和刺激性气味。
尽管相变材料与建筑材料结合有着种种优点,但从上文陈述中可以看到当前相变材料与建筑结合方式也有着种种弊端,尤其是封装形式以及与建筑结合方式。另外,相变材料本身的导热性能比较差,致使相变过程进行较慢,影响了吸放热速率,会造成在蓄放热循环周期内,相变材料不能充分完成相变过程,使相变材料的潜热蓄热作用不能发挥到最大。
发明内容
鉴于目前中国建筑能耗占社会总能耗的比例持续上升,建筑节能成为了必要的趋势,而人们目前对生活质量的要求也在增高。因此,不能顾此失彼,要在使建筑物能耗降低的同时,室内热环境也要达到舒适的程度。而将建筑与相变材料联系起来,利用相变材料的潜热吸收或释放热量,进而保持室内热环境的稳定。直接掺入法、浸入法、微胶囊和定型相变材料这几种与建筑结合的方式都有着固定的缺陷,而且无论哪种封装方式相变材料的导热系数都比较低。这就会造成在适合相变的时间段内,相变材料吸放热不充分甚至几乎不发生相变,达不到理想效果。
本发明的目的,是提供一种新型的相变蓄能板以用于解决上述相变材料应用方式的缺陷。该蓄能板利用新型的相变材料封装方式并应用于建筑中,使相变材料不泄露、安全,且在宏观状态下吸放热,并且能提高相变材料的导热性能,提高相变材料的吸放热速率。
本发明通过如下技术方案予以实现。
一种建筑用相变蓄能板,包括相变材料,其特征在于,该相变蓄能板由上盖板(4)、下底板(1)和相变材料(6)组成;下底板(1)为盒状,盒底面积为0.25m2~1m2,高度为1cm;下底板(1)内均匀设置有圆柱体Ⅰ(3)和圆柱体Ⅱ(2),各个圆柱体的直径都为1cm,各个圆柱体之间的圆心距都为5cm,所述圆柱体Ⅰ(3)的高度与下底板(1)的高度相等,圆柱体Ⅱ(2)的高度为下底板(1)高度的一半;圆柱体Ⅰ(3)的设置原则是,以中间位置为基准为第一个固定位置,上下左右圆心位置平移15cm为余后圆柱Ⅰ的固定位置;依次类推,圆柱Ⅰ与相邻的纵向和横向圆柱Ⅰ的圆心位置相距15cm;圆柱体Ⅰ(3)采用两端涂抹环氧树脂和铆接方式固定在下底板(1)与上盖板(4)上,圆柱体Ⅱ(2)则直接黏贴在下底板(1)上;所述下底板(1)的剩余空间充满固态的相变材料(6);上盖板(4)与下底板(1)之间采用环氧树脂密封,保持两板完全配合;
所述相变材料(6)为脂肪酸与高碳醇类的混合物,脂肪酸为正癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸;高碳醇为十二醇、十四醇、十六醇和十八醇;脂肪酸与高碳醇类的质量百分比为46.4%:53.6%~97.5%:2.5%。
所述上盖板(4)和下底板(1)为铝板制成,铝板的厚度为1mm~3mm。
所述圆柱体Ⅰ(3)和圆柱体Ⅱ(2)为铝质材料。
建筑用相变蓄能板的相变材料的制造方法,具有如下步骤:
(1)将脂肪酸与高碳醇类原料按质量百分比为46.4%:53.6%~97.5%:2.5%进行混合,所述脂肪酸为正癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸;高碳醇为十二醇、十四醇、十六醇和十八醇;
(2)将步骤(1)混合后的脂肪酸和高碳醇采用熔融共混法,同时放到恒温油浴中加热至80度,待完全融化后以3000r/min的速度进行搅拌,搅拌时间为30min。
(3)将步骤(2)完全混合好的脂肪酸和高碳醇在液态状态下填充到下底板(1)中,自然冷却并保证相变材料(6)在完全凝固时填满下底板(1)。
所述步骤(1)所选用的脂肪酸和高碳醇熔点都小于80度。
本发明的相变材料的潜热在120J/g至200J/g之间,相变材料的融/凝点在舒适范围之内,有着很可观的相变蓄热能力和实际应用能力。在夏季工况下,当白天室内温度超出舒适度范围后,安置在室内的相变板材其相变材料通过自身铝材与外界进行热交换吸收热量,维持室内温度恒定;当晚上尤其是凌晨温度降低后,通过开窗形成自然对流将相变板材在白天吸收的热量通过冷气流排出室外。这样循环往复,相变板材通过其比显热大得多的潜热的作用,既增加了围护结构的热惰性进而降低了外界热量通过围护结构侵入到室内,又通过吸收室内多余的热量,降低了室内温度的浮动进而减少了空调的启停次数,最终达到维持室内舒适度和减少建筑能耗的目的。在冬季工况时,相变板材通过蓄放热维持室内舒适度和减少建筑能耗可有以下几个途径:北墙装有门窗并将相变板材铺设到底板或南墙上,通过吸收太阳直射的辐射能量来白天蓄热;将相变板材布置在室内,通过太阳能集热装置或其他设施对太阳能蓄能并与相变板材耦合起来,达到白天蓄能的目的;板材布置在室内通过吸收供热装置(如集中供暖的散热片)白天多余的热量储能。相变板材白天通过上述三种方式或其他方式进行储能,在晚上室内温度降低到凝固点时,再将白天蓄存的热量排放到室内,进而减小室内温度波动,减少供暖设施的耗能,达到维持室内舒适度和减少建筑能耗的目的。
封装在铝板材中的相变材料要通过板材与外界进行热交换,进而发挥其潜热的巨大作用,因此,板材的导热系数要高,才能及时的发挥相变材料的作用。本板材选用在自然界中导热系数较高而且造价较低的铝作为封装板材,达到了快速导热的作用,又因为铝板材本身的韧性和金属特性使本板材易于加工、不泄露而且便宜、美观大方。有机相变材料虽然有着自身的优点但是导热系数比较低,虽然表面包覆有铝材但是内部相变材料之间的传热比较慢,这会导致相变材料在相变温度范围内吸放热不充分,不能完全融化和凝固,影响蓄放热效果,造成相变材料的浪费。因此,本板材在下底板上装上了合适数量的小圆柱体,通过圆柱体把从表面吸收到热量快速的传递到相变材料内部纵深。圆柱体相当于深入到相变材料内部的热源,加热周围的相变材料。再加上封装铝板的综合作用,大大提高了本板材的吸放热速率。
用蜂窝铝板做成的相变板材,虽然蜂窝结构也增加了相变板材的吸放热速率,但是侧壁与蜂窝板之间的固定是难点。若是蜂窝板与侧壁粘接不牢固,就容易会造成不同蜂窝里的相变材料在液态时交会在一起进而对侧壁形成压力,容易造成侧壁呈鼓出的状态,影响了板材的美观、安全性及适用性。对于本板材来说,由于圆柱Ⅰ的固定作用,板材侧壁不易鼓出变形,而且圆柱体使板材同样具有提高蓄换热效率的功能。若将板材应用于室内墙壁上,蜂窝板对于室内和围护结构来说是对称结构,蜂窝状铝板夹在两块面板之间而且与两块面板都有直接的接触。这样从外界通过围护结构进入到室内的热量在被蜂窝中的相变材料蓄存一部分后,还是会有一部分热量由于铝材的高导热性和蜂窝铝板数量多的原因进入到室内。而本板材的圆柱Ⅰ虽然也与两边两块板材相接触,但数量有限,大部分圆柱体并没有与两块面板接触,这样就避免了大量的外界热量穿透板材进入到室内。
总而言之,直接掺入法、浸入法、微胶囊法直接加入到建材中会破坏建材的力学性能且相变效果有待进一步的提高;而定型相变材料则存在环保问题、安全问题,且若相变材料选择是脂肪酸类则会有刺激性的异味产生。本发明从根本上解决了这些问题,避免了实际应用中所存在的风险。而且由于是全金属外层又加上圆柱体的固定作用,本发明结构稳定,使相变材料不易泄露且无刺激性气体溢出。外表光滑美观,可外观加工后应用于室内墙装饰、吊顶及铺设地板。
附图说明
图1为下底板的结构示意图;
图2为上盖板的结构示意图;
图3为上下板配合密封后的板材结构内剖面图。
本发明附图标记如下:
1——下底板 2——圆柱体Ⅱ
3——圆柱体Ⅰ 4——上盖板
5——铆接孔 6——相变材料
具体实施方式
上盖板4和下底板1都选用厚度为1mm的铝板,下底板1经过加工制成内高为10mm的铝盒状,由折弯机折弯氩弧焊接或车床拉伸制成,尺寸为0.25m2~1m2,也可根据实际应用定做,且上盖板4覆盖到下底板1后可配合严密。制作足够数量的圆柱体Ⅰ3和圆柱体Ⅱ2,直径都为10mm,两种圆柱体材料都为铝质。圆柱体Ⅰ和圆柱体Ⅱ都可起到强化传热的效果,铝的导热系数仅次于铜但却比铜廉价的多。相变材料本身的导热性能差,但圆柱体的存在增加了相变材料与外界热量的换热面积,因此,圆柱体与上下板共同加快了相变热的吸收和释放,提高了相变材料的吸、放热速率,减小了室内温度波动,减少了空调或供暖设备的能耗,达到降低建筑能耗和提高室内舒适度的双重效果。如图3所示,圆柱体Ⅰ3的主体高度与铝盒内高相等,圆柱体Ⅱ2的高度为下底板1高度的一半,下底板1的剩余空间充满固态的相变材料6。将圆柱体Ⅰ3的底面涂上适当的密封环氧树脂,如图1所示,然后按照特定的位置铆接到下底板1上,以中间位置为基准作为第一个固定位置,上下左右圆心位置平移150mm为余后圆柱体Ⅰ的固定位置;依次类推,圆柱体Ⅰ3与相邻的纵向和横向圆柱体Ⅰ3的圆心位置相距150mm。上盖板4在圆柱体Ⅰ3相应的位置上钻有相同数量的微孔,以用于圆柱体Ⅰ3与上盖板4的固定铆接。圆柱体Ⅱ2的直径同样为10mm,但高度是盒体内高的一半。圆柱体Ⅱ2使用粘接方式与下底板1固定,如图1所示,圆柱之间的横向和纵向圆心距离为50mm。圆柱体固定完毕后,将液体相变材料6填充到下底板1中。待相变材料6完全凝固并充分填满下底板1后,在圆柱体Ⅰ3上表面也涂抹适量的密封环氧树脂,最后将上盖板4与下底板1配合密封,并且将圆柱体Ⅰ3与上面板4密封铆接。相变材料6凝固后封装的目的是赶走板材内部大部分空气,防止相变材料6固液转变造成的膨胀挤压空气进而破坏板材结构。封装完毕后,对板材表面清洗打磨保持表面的光滑和平整。应用于室内时,将下盖板布置在外侧与室内环境接触,这样将圆柱的提高蓄换热速率的作用发挥到最大。
另外需要说明的是,圆柱体Ⅰ底部抹上适量的环氧树脂,然后采用固定铆接技术固定在下底板上,当下底板内充满固态的相变材料后,圆柱体Ⅰ上部也采用同样工艺与上盖板进行固定;而圆柱体Ⅱ则直接黏贴在下底板上。这样布置的目的,一方面起到上述所讲的加强换热的目的,另一方面,圆柱体Ⅰ的铆接布置方式可以起到固定上、下铝板防止铝板变形的目的。因为,作为上盖板和下底板的铝板厚度不能太厚,否则将影响换热效果,而铝材本身的韧性又很高,所以当相变材料变为液体而且板材竖直放置时,若是无圆柱体Ⅰ的固定作用,板材将被液体挤压将造成变形鼓出。经此工艺做出的相变蓄能板,表面光滑、美观,安全牢固不泄露,易于安装。
相变材料6选用脂肪酸类和高碳醇的混合物,相变温度可调。当相变蓄能板在夏季应用时,将配比为97.5%:2.5%的正癸酸与十四醇在液态状态下混合均匀,制成相变蓄能板中的相变材料。正癸酸本身的相变点为31℃,凝固点为27.9℃,具有3.1℃的过冷现象。若是应用于室内,相变温度过高,影响室内舒适度。在本配方中,加入2.5%的十四醇作为表面活性剂后,相变材料的熔点降为了24.9℃,凝固点为26.6℃。不仅使相变材料的相变温度范围在室内舒适度范围之内,且消除了过冷度,使相变材料更加适用。
当在冬季工况时,所用的相变材料为正癸酸和十六醇的熔融共混物,比例为78.5%:21.5%。相变材料的融点为22.9℃,凝固点为20.1摄氏度。这样当冬季夜间室内温度低于20.1度时,相变板材就开始将白天蓄的热量释放到室内,维持室内舒适度。
脂肪酸与高碳醇混合物经实验证明对铝板没有腐蚀。实验方法是将一定质量的铝块放入烘干箱中烘干12小时后在分析天枰上称重记录;然后放入脂肪酸和高碳醇的混合物中放置3天,拿出擦拭干净后再次放入烘干箱中烘干12小时后用分析天枰称重记录。前后两次质量对比发现,本专利中所规定的脂肪酸和高碳醇混合物对铝没有腐蚀性反应,前后质量未发生变化。无腐蚀性实验结果在《腐蚀数据手册》(左景伊)中得到了验证。
其他可以应用本实用新型相变蓄能板的相变材料为:
(1)月桂酸与十四醇的低共熔混合物,比例为46.4%:53.6%,相变潜热162.7J/g,融、凝点分别为24.4℃和24℃,可应用于夏季;
(2)正癸酸与十四醇的低共熔混合物,比例为62%:38%,相变潜热153.4J/g,融、凝点分别为19.3℃和18.7℃,可应用于冬季;
(3)在正癸酸中加入少量的十二醇做为表面活性剂,比例为95%:5%,相变潜热为126.9J/g,融、凝点分别为25.7℃和27℃,可应用于夏季。
Claims (5)
1.一种建筑用相变蓄能板,包括相变材料,其特征在于,该相变蓄能板由上盖板(4)、下底板(1)和相变材料(6)组成;下底板(1)为盒状,盒底面积为0.25m2~1m2,高度为1cm;下底板(1)内均匀设置有圆柱体Ⅰ(3)和圆柱体Ⅱ(2),各个圆柱体的直径都为1cm,各个圆柱体之间的圆心距都为5cm,所述圆柱体Ⅰ(3)的高度与下底板(1)的高度相等,圆柱体Ⅱ(2)的高度为下底板(1)高度的一半;圆柱体Ⅰ(3)的设置原则是,以中间位置为基准为第一个固定位置,上下左右圆心位置平移15cm为余后圆柱Ⅰ的固定位置;依次类推,圆柱Ⅰ与相邻的纵向和横向圆柱Ⅰ的圆心位置相距15cm;圆柱体Ⅰ(3)采用两端涂抹环氧树脂和铆接方式固定在下底板(1)与上盖板(4)上,圆柱体Ⅱ(2)则直接黏贴在下底板(1)上;所述下底板(1)的剩余空间充满固态的相变材料(6);上盖板(4)与下底板(1)之间采用环氧树脂密封,保持两板完全配合;
所述相变材料(6)为脂肪酸与高碳醇类的混合物,脂肪酸为正癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸;高碳醇为十二醇、十四醇、十六醇和十八醇;脂肪酸与高碳醇类的质量百分比为46.4%:53.6%~97.5%:2.5%。
2.根据权利要求1的建筑用相变蓄能板,其特征在于,所述上盖板(4)和下底板(1)为铝板制成,铝板的厚度为1mm~3mm。
3.根据权利要求1的建筑用相变蓄能板,其特征在于,所述圆柱体Ⅰ(3)和圆柱体Ⅱ(2)为铝质材料。
4.权利要求1的建筑用相变蓄能板的相变材料的制造方法,具有如下步骤:
(1)将脂肪酸与高碳醇类原料按质量百分比为46.4%:53.6%~97.5%:2.5%进行混合,所述脂肪酸为正癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸;高碳醇为十二醇、十四醇、十六醇和十八醇;
(2)将步骤(1)混合后的脂肪酸和高碳醇采用熔融共混法,同时放到恒温油浴中加热至80度,待完全融化后以3000r/min的速度进行搅拌,搅拌时间为30min;
(3)将步骤(2)完全混合好的脂肪酸和高碳醇在液态状态下填充到下底板(1)中,自然冷却并保证相变材料(6)在完全凝固时填满下底板(1)。
5.根据权利要求4的建筑用相变蓄能板的相变材料的制造方法,其特征在于,所述步骤(1)所选用的脂肪酸和高碳醇熔点都小于80度。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210543217.8A CN103015540B (zh) | 2012-12-14 | 2012-12-14 | 建筑用相变蓄能板及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210543217.8A CN103015540B (zh) | 2012-12-14 | 2012-12-14 | 建筑用相变蓄能板及其制造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103015540A CN103015540A (zh) | 2013-04-03 |
CN103015540B true CN103015540B (zh) | 2014-08-27 |
Family
ID=47964598
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201210543217.8A Expired - Fee Related CN103015540B (zh) | 2012-12-14 | 2012-12-14 | 建筑用相变蓄能板及其制造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103015540B (zh) |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103274718B (zh) * | 2013-05-17 | 2015-07-15 | 武汉威尔博科技发展有限公司 | 温敏和湿敏建筑功能材料及其制备方法 |
CN103510680B (zh) * | 2013-10-25 | 2016-05-11 | 黄志贵 | 相变智能调温地板 |
CN104296576A (zh) * | 2014-10-09 | 2015-01-21 | 天津大学 | 建筑用相变材料储能换热管 |
CN104329714B (zh) * | 2014-11-11 | 2017-01-18 | 天津大学 | 一种可蓄冷蓄热的相变材料温度调节系统 |
CN104810491B (zh) * | 2015-03-27 | 2017-06-06 | 北京航空航天大学 | 一种电池防护与控温系统 |
CN105696724B (zh) * | 2016-01-25 | 2017-04-05 | 深圳大学 | 一种大容积可更换的相变储能板体系统及相变储能墙体 |
CN106590541B (zh) * | 2016-12-07 | 2020-03-31 | 台州学院 | 一种石墨烯导热增强相变储能材料的制备方法 |
CN106590542B (zh) * | 2016-12-07 | 2020-02-21 | 台州学院 | 一种石墨烯导热增强相变储能材料 |
CN108623281A (zh) * | 2018-05-18 | 2018-10-09 | 武汉格林森建筑科技有限公司 | 一种相变藻钙镁质复合板及其制备方法和应用 |
CN108640628B (zh) * | 2018-05-19 | 2021-05-28 | 胡春宇 | 赭石沸石珍珠岩相变智能板 |
CN210374746U (zh) * | 2019-05-30 | 2020-04-21 | 深圳市爱能森科技有限公司 | 一种相变材料封装结构及储热罐 |
CN110247135A (zh) * | 2019-06-27 | 2019-09-17 | 上海建科建筑节能技术股份有限公司 | 一种用于控制通信基站蓄电池温度的相变围护装置 |
CN113404175A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-09-17 | 中建材创新科技研究院有限公司 | 一种纸面石膏板及其制备方法 |
CN114559718A (zh) * | 2022-02-24 | 2022-05-31 | 江苏展新旅游用品有限公司 | 一种pvc复合膜及其制备方法 |
CN114536493A (zh) * | 2022-03-10 | 2022-05-27 | 浙江农林大学 | 一种高导热共晶相变储能木材的制备方法 |
CN114525947B (zh) * | 2022-03-28 | 2023-09-01 | 中国人民武装警察部队工程大学 | 一种低能耗的承插式野外宿营结构及其安装方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006290736A (ja) * | 2005-04-14 | 2006-10-26 | Kofukin Seimitsu Kogyo (Shenzhen) Yugenkoshi | 熱伝導材料及びその製造方法 |
CN200968018Y (zh) * | 2006-09-07 | 2007-10-31 | 邓安仲 | 含有相变材料的轻质节能复合板 |
CN101210443A (zh) * | 2006-12-28 | 2008-07-02 | 王广武 | 相变储能金属板复合保温材料 |
CN201214294Y (zh) * | 2008-04-09 | 2009-04-01 | 孔庆山 | 一种含相变蓄能材料的复合板 |
CN201802003U (zh) * | 2010-04-02 | 2011-04-20 | 建研建材有限公司 | 自调温相变储能板 |
EP2481577A2 (en) * | 2009-09-21 | 2012-08-01 | LG Hausys, Ltd. | Functional inorganic board and method for producing same |
-
2012
- 2012-12-14 CN CN201210543217.8A patent/CN103015540B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006290736A (ja) * | 2005-04-14 | 2006-10-26 | Kofukin Seimitsu Kogyo (Shenzhen) Yugenkoshi | 熱伝導材料及びその製造方法 |
CN200968018Y (zh) * | 2006-09-07 | 2007-10-31 | 邓安仲 | 含有相变材料的轻质节能复合板 |
CN101210443A (zh) * | 2006-12-28 | 2008-07-02 | 王广武 | 相变储能金属板复合保温材料 |
CN201214294Y (zh) * | 2008-04-09 | 2009-04-01 | 孔庆山 | 一种含相变蓄能材料的复合板 |
EP2481577A2 (en) * | 2009-09-21 | 2012-08-01 | LG Hausys, Ltd. | Functional inorganic board and method for producing same |
CN201802003U (zh) * | 2010-04-02 | 2011-04-20 | 建研建材有限公司 | 自调温相变储能板 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
方贵银,李辉.具有蓄能功能的建筑墙体材料研究.《能源研究与利用》.2004,(第1期), * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103015540A (zh) | 2013-04-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103015540B (zh) | 建筑用相变蓄能板及其制造方法 | |
Al-Yasiri et al. | Incorporation of phase change materials into building envelope for thermal comfort and energy saving: A comprehensive analysis | |
da Cunha et al. | Phase change materials and energy efficiency of buildings: A review of knowledge | |
Socaciu | Thermal energy storage with phase change material | |
Rodriguez-Ubinas et al. | Applications of phase change material in highly energy-efficient houses | |
Xiong et al. | Application of phase change material in improving trombe wall efficiency: An up-to-date and comprehensive overview | |
Meng et al. | Study of the thermal behavior of the composite phase change material (PCM) room in summer and winter | |
Abuelnuor et al. | Improving indoor thermal comfort by using phase change materials: A review | |
CN205037414U (zh) | 相变蓄热型太阳能低温热水辐射供暖地板 | |
Baetens et al. | Phase change materials for building applications: A state-of-the-art review | |
CN201802003U (zh) | 自调温相变储能板 | |
Tatsidjodoung et al. | A review of potential materials for thermal energy storage in building applications | |
CN101832001A (zh) | 自调温相变储能板 | |
Cellat et al. | 2 years of monitoring results from passive solar energy storage in test cabins with phase change materials | |
CN105195068A (zh) | 一种改性二氧化硅气凝胶基复合相变材料的制备方法 | |
CN102877553B (zh) | 一种储能保温建筑材料 | |
CN104944819B (zh) | 一种相变储能骨料及其制备方法 | |
CN109180125A (zh) | 一种多孔石墨基相变蓄热石膏板及其制备方法 | |
CN105649234A (zh) | 一种相变颗粒骨料复合的装配式轻质墙体及制备方法 | |
CN101096298A (zh) | 有机相变复合膨胀珍珠岩及其制备方法 | |
Liu et al. | Application of phase change energy storage in buildings: Classification of phase change materials and packaging methods | |
Kuta et al. | The role of phase change materials for the sustainable energy | |
Cabeza et al. | Thermal energy storage systems for cooling in residential buildings | |
CN203113527U (zh) | 建筑用相变蓄能板 | |
CN109367156A (zh) | 一种建筑节能相变储能蜂窝板及制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140827 Termination date: 20201214 |