CN112374814A - 一种地暖用蓄热层及其摊铺方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及蓄热材料的技术领域，具体涉及一种地暖用蓄热层及其摊铺方法；所述蓄热层包含以下重量份的原料组分：无机相变材料；水；磷酸酯化淀粉胶；吸水树脂；超细石墨粉；硅藻土；石膏；水泥；锆渣；砂子；所述无机相变材料为醋酸盐、硫酸盐中的任意一种或多种；所述摊铺方法为：利用无机相变材料与水、锆渣和超细石墨粉混匀，制得无机相变材料复合物；利用无机相变材料复合物与硅藻土、石膏和磷酸酯化淀粉胶混匀，制得无机相变材料包覆体，并干燥至颗粒不黏连；利用无机相变包覆体与水泥、砂子和水搅匀，即得蓄热层砂浆；将蓄热层砂浆填充在加热系统的表面形成蓄热层。利用本申请制备的蓄热层能够有效提高蓄热层的蓄热性能。

Description

一种地暖用蓄热层及其摊铺方法
技术领域
本申请涉及蓄热材料的技术领域，更具体地说，它涉及一种地暖用蓄热层及其摊铺方法。
背景技术
电地暖是一种节能的供暖方式，其以发热电缆为热源，加热地板或瓷砖，以温控器控制室温或地面温度，实现对地面的辐射供暖。相对于传统供暖方式，采用电地暖供暖，能够使整个地板均匀散热，房间温度分布均匀，温差较小，并且可以消除灰尘团和浑浊空气的对流，因此，电地暖受到了入们的广泛关注。
电地暖的施工通常为在电地暖的铺设区域表面依次铺设绝热层、反射层、钢网，然后按照图纸铺设发热电缆并检测发热电缆的标准电阻和绝缘电阻，最后按设计要求铺设水泥砂浆蓄热层，并作防潮隔离层以及铺设地面装饰材料。其中，蓄热层是热量存储的媒介，发热电缆释放出来的能量通过蓄热层进行存储以及缓慢释放，保证了辐射供暖的长效、稳定以及舒适性。蓄热层中通常利用相变储能材料来实现热量的存储以及缓慢释放，相变储能材料包括有机相变储能材料和无机相变储能材料。
针对上述相关技术，发明入认为，有机相变储能材料易燃、成本高，限制了其在建筑行业中的应用；而无机相变材料在相变过程中会出现相分离现象，导致蓄热层的蓄热性能降低。因此，电地暖蓄热层的蓄热性能有待进一步提高。
发明内容
为了提高电地暖蓄热层的蓄热性能，本申请提供一种地暖用蓄热层及其摊铺方法。
第一方面，本申请提供一种地暖用蓄热层，采用如下的技术方案：
一种地暖用蓄热层，所述蓄热层包含以下重量份的原料组分：无机相变材料24-45份；水29-48份；磷酸酯化淀粉胶0.3-1.2份；吸水树脂0.3-1.2份；超细石墨粉5-8份；硅藻土15-26份；石膏15-18份；水泥19-45份；锆渣4-7份；砂子12-24份；所述无机相变材料为醋酸盐、硫酸盐中的任意一种或多种。
通过采用上述技术方案，本申请提供的蓄热层中利用锆渣使得无机相变材料和超细石墨粉包围在吸水树脂的表面，形成无机相变材料复合物，并利用磷酸酯化淀粉胶将硅藻土和石膏包覆在无机相变材料复合物的表面，形成制备蓄热层的主要基材。利用上述方法制备的基材与水泥、砂子混合，制备成蓄热层浆料，作为地暖蓄热层。利用本申请制备的蓄热层浆料能够有效降低无机相变材料在相变过程中发生的相分离现象，降低渗漏现象的发生，同时还能够有效提高蓄热层的蓄热能力。
采用锆渣作为无机相变材料和超细石墨粉与吸水树脂之间的“桥梁”，由于锆渣在制备体系中能够起到较好的絮凝作用，锆渣中的纳米级二氧化硅超微粒子表面形成Si4+-OH2键，在碱性环境下会形成Si4+-O-键，导致二氧化硅超微粒子表面带正电，易吸附制备蓄热层的原料中的阴离子，尤其是无机相变材料以及吸水树脂携带的阴离子，从而实现两者之间的连接。锆渣与无机相变材料反应后会在体系中形成由纤维丝状物构成的孔洞并形成蜂窝状结构，超细石墨粉位于蜂窝状结构的孔洞之间的纤维丝状物上。热量除了可以通过无机形变材料、超细石墨粉和吸水树脂之中的空隙进行导热传递之外，锆渣反应形成的蜂窝状结构构成了热量传递的另一种形式的通道，从而能够提高蓄热层的蓄热能力。
硅藻土以及石膏干燥后均具有丰富的多孔结构，利用磷酸酯化淀粉胶将硅藻土和石膏包覆在无机相变材料复合物的表面，形成无机相变材料包覆体。热量能够通过硅藻土和石膏的多孔结构传递至无机相变材料复合物的内部，并利用无机相变材料的相变实现能量的存储。同时，将利用上述原料制备的无机相变材料包覆体进一步和水泥、砂子混合，制备获得蓄热层砂浆。
综上所述，利用本申请制备的蓄热层能够有效降低无机相变材料相变过程中出现的相分离和渗漏现象，同时，还能够有效提高蓄热层的导热系数和存储热量的能力，从而有效提高蓄热层的蓄热性能。
优选的，所述无机相变材料包含以下重量份的原料组分：醋酸盐10-20份、硫酸盐14-25份。
通过采用上述技术方案，利用醋酸盐和硫酸盐混合制备无机相变材料，作为本申请制备的蓄热层中的无机相变基础材料，并将醋酸盐和硫酸盐的添加比例控制在上述范围内，同时在锆渣以及超细石墨粉的共同作用下，能够最大程度地降低醋酸盐和硫酸盐在相变反应中产生的相分离和渗漏现象，从而能够有效提高蓄热层的蓄热性能。
优选的，所述锆渣经过水洗处理。
通过采用上述技术方案，水洗处理后的锆渣呈现良好的非晶态，且锆渣中的微米级粒径的团聚体呈现出更细的纳米级别的二氧化硅超微隐晶质粒子，故锆渣的孔径更大并且孔径分布更加的均匀，更加有利于锆渣与无机相变材料以及吸水树脂之间的连接，同时还能够促进超细石墨粉在锆渣以及无机相变材料之间的均匀分布，从而进一步提高制备的无机相变材料复合物的导热能力和储热能力，进而提高最终制备的蓄热层的蓄热能力。
优选的，所述锆渣的粒径为200-300目。
通过采用上述技术方案，将锆渣的粒径控制在上述范围内，能够有效提高锆渣与无机相变材料之间的作用力，同时能够促进无机相变材料和锆渣在吸水树脂之间的分布，使得制备的无机相变材料复合物具有更密集且更小的孔隙，从而能够提高无机相变材料复合体的导热能力和储热能力，同时，由于上述粒径的锆渣中存在更密集且更小的孔隙，反应之后分布于无机相变材料之间，从而能够降低无机相变材料的相分离和渗漏现象的发生，提高蓄热层的蓄热性能。
优选的，所述超细石墨粉的粒径为1000-2000目。
通过采用上述技术方案，超细石墨粉本身具有较好的导热性能的同时，将超细石墨粉控制在上述范围内，能够促进超细石墨粉在锆渣与无机相变材料反应后形成的蜂窝状结构的孔隙以及纤维丝状物上，能够进一步有效提高无机相变材料复合物的储热能力和导热能力，进而使得最终制备的蓄热层的蓄热能力也有所提高。
优选的，所述磷酸酯化淀粉胶包含以下重量份的原料组分：淀粉6-8份；锆渣3-4份；磷酸二氢钠2-2.5份；水12-20份。
优选的，所述磷酸酯化淀粉胶的制备方法具体包括以下步骤：按照原料组分配比，将锆渣水洗至中性，并与磷酸二氢钠一并加入水中，搅匀；加入淀粉，搅拌分散制成淀粉浆，在70-80℃下加热30min，制得磷酸酯化淀粉胶。
通过采用上述技术方案，本申请利用锆渣制备磷酸酯化淀粉胶，其中锆渣和淀粉的添加量对最终制备的蓄热层的导热系数具有较大的影响。通过调整两者的添加比例，最终将制备磷酸酯化淀粉胶的原料控制在上述范围内，使得最终制备的蓄热层的导热系数获得提高，同时蓄热层的蓄热能力也获得相应的提高。
第二方面，本申请提供一种地暖用蓄热层的制备方法，采用如下的技术方案：
一种地暖用蓄热层的摊铺方法，所述摊铺方法具体包括以下步骤：
(1)根据各原料的添加比例，将无机相变材料与14-22份的水混匀，获得混合液A；将锆渣和超细石墨粉混匀，获得混合液B；将吸水树脂、混合液A和混合液B混合，搅拌均匀，获得无机相变材料复合物；
(2)将步骤(1)制得的无机相变材料复合物加入硅藻土、石膏和磷酸酯化淀粉胶的混合物中，混合均匀，制得无机相变材料包覆体，并干燥至颗粒不黏连；
(3)将步骤(2)制得的无机相变包覆体加入水泥、砂子和15-26份的水中，混合均匀，即得蓄热层砂浆；
(4)将步骤(3)制备的蓄热层砂浆填充在加热系统的表面形成蓄热层，蓄热层的填充厚度为30-40mm，养护期为18-21d。
通过采用上述技术方案，先利用无机相变材料、水、锆渣和超细石墨粉制备无机相变材料复合物，锆渣将无机相变材料包覆在吸水树脂的表面，并且经过反应产生具有更密集且更小的孔隙的蜂窝状结构，超细石墨粉分散于蜂窝状结构的各个孔隙和纤维丝状物中；然后利用磷酸酯化淀粉胶将硅藻土和石膏包覆在无机相变材料复合体的表面，形成无机相变材料包覆体，硅藻土和石膏上具有细小的空腔结构，在导热过程中，热量能够通过上述空腔结构进入无机相变材料复合体的内部；最后将制备好的无机相变材料包覆体与水泥、砂子混合制备成蓄热层砂浆，并将蓄热层砂浆填充在加热系统的表面形成蓄热层。利用本申请制备的蓄热层具有较高的导热系数和存储热量的能力，与现有技术相比，能够显著改善和提高蓄热层的导热能力和蓄热性能。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
本申请提供的蓄热层中利用锆渣使得无机相变材料和超细石墨粉包围在吸水树脂的表面，形成无机相变材料复合物，并利用磷酸酯化淀粉胶将硅藻土和石膏包覆在无机相变材料复合物的表面，形成无机相变材料包覆体。利用上述方法制备的无机相变材料包覆体与水泥、砂子混合，制备成蓄热层浆料，用于地暖蓄热层。利用本申请制备的蓄热层浆料能够有效提高蓄热层的蓄热能力。
具体实施方式
本申请提供了一种地暖用蓄热层，该蓄热层包含以下重量份的原料组分：无机相变材料24-45份；水29-48份；磷酸酯化淀粉胶0.3-1.2份；吸水树脂0.3-1.2份；超细石墨粉5-8份；硅藻土15-26份；石膏15-18份；水泥19-45份；锆渣4-7份；砂子12-24份；所述无机相变材料为醋酸盐、硫酸盐中的任意一种或多种，醋酸盐具体可以是CH3COONa·3H2O，硫酸盐可以是Na2SO4·10H2O。
其中，上述无机相变材料包含以下重量份的原料组分：醋酸盐10-20份、硫酸盐14-25份；锆渣经过水洗处理，且锆渣的粒径为200-300目；同时，超细石墨粉的粒径为1000-2000目。
上述磷酸酯化淀粉胶包含以下重量份的原料组分：淀粉6-8份；锆渣3-4份；磷酸二氢钠2-2.5份；水12-20份；制备方法具体包括以下步骤：按照原料组分配比，将锆渣水洗至中性，并与磷酸二氢钠一并加入水中，搅匀；加入淀粉，搅拌分散制成淀粉浆，在70-80℃下加热30min，制得磷酸酯化淀粉胶。
本申请还提供了上述地暖用蓄热层的摊铺方法，其特征在于：所述摊铺方法具体包括以下步骤：
(1)根据各原料的添加比例，将无机相变材料与14-22份的水混匀，获得混合液A；将锆渣和超细石墨粉混匀，获得混合液B；将吸水树脂、混合液A和混合液B混合，搅拌均匀，获得无机相变材料复合物；
(2)将步骤(1)制得的无机相变材料复合物加入硅藻土、石膏和磷酸酯化淀粉胶的混合物中，混合均匀，制得无机相变材料包覆体，并干燥至颗粒不黏连；
(3)将步骤(2)制得的无机相变包覆体加入水泥、砂子和15-26份的水中，混合均匀，即得蓄热层砂浆；
(4)将步骤(3)制备的蓄热层砂浆填充在加热系统的表面形成蓄热层，蓄热层的填充厚度为30-40mm，养护期为18-21d。
本申请提供的蓄热层中利用锆渣使得无机相变材料和超细石墨粉包围在吸水树脂的表面，形成无机相变材料复合物，并利用磷酸酯化淀粉胶将硅藻土和石膏包覆在无机相变材料复合物的表面，形成制备蓄热层的主要基材无机相变材料包覆体。利用上述方法制备的无机相变材料包覆体与水泥、砂子混合，制备成蓄热层浆料，用于地暖蓄热层。利用本申请制备的蓄热层浆料能够有效提高蓄热层的蓄热能力。
以下结合实施例1-18、对比例1-7以及相应的检测结果对本申请作进一步详细说明。
实施例
实施例1
本申请提供了一种地暖蓄热层，该地暖蓄热层的原料组分如表1所示，其制备方法具体包括以下步骤：
(1)磷酸酯化淀粉胶的制备：将锆渣水洗至中性，并与磷酸二氢钠一并加入水中，搅匀；继续加入淀粉，搅拌分散制成淀粉浆，在70-80℃下加热30min，制得磷酸酯化淀粉胶；
(2)根据各原料的添加比例，将无机相变材料与表1中相应添加量的水混匀，获得混合液A；将锆渣和超细石墨粉混匀，获得混合液B；将吸水树脂、混合液A和混合液B混合，搅拌均匀，获得无机相变材料复合物；锆渣的粒径控制在200-300目；超细石墨粉的粒径控制在1000-2000目；
(3)将步骤(1)制得的无机相变材料复合物加入硅藻土、石膏和磷酸酯化淀粉胶的混合物中，混合均匀，制得无机相变材料包覆体，并干燥至颗粒不黏连；
(4)将步骤(3)制得的无机相变包覆体加入水泥、砂子和表1中相应添加量的水中，混合均匀，即得蓄热层砂浆；
(5)将步骤(4)制备的蓄热层砂浆填充在加热系统的表面形成蓄热层，蓄热层的填充厚度为30mm，养护期为18-21d，本实施例中的养护期为20d。
实施例2-7
实施例2-7与实施例1的不同之处在于制备蓄热层的各原料组分配比的不同，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。上述实施例1-7制备蓄热层的原料组分配比如表1所示。
表1实施例1-7制备蓄热层的原料组分配比
Figure BDA0002774496260000061
实施例8-11
实施例8-11与实施例3的不同之处在于磷酸酯化淀粉糊中淀粉和锆渣的添加量的差异，其余操作步骤和参数均与实施例3相同。上述实施例8-11制备蓄热层的原料组分配比如表2所示。
表2实施例8-11制备蓄热层的原料组分配比
Figure BDA0002774496260000071
实施例12-17
实施例12-17与实施例3的不同之处在于制备蓄热层的各原料的处理方式以及部分原料粒径规格的差异，具体如表3所示，其余操作步骤和参数均与实施例3相同。上述实施例8-11制备蓄热层的原料组分配比如表3所示。
表3实施例12-17制备蓄热层的原料组分配比
Figure BDA0002774496260000072
Figure BDA0002774496260000081
实施例18
本实施例与实施例3的不同之处在于步骤(5)中蓄热层的填充厚度为40mm，其余操作步骤和参数均与实施例3相同。
对比例
对比例1-6
对比例1-6与实施例3的不同之处在于制备蓄热层的各原料的添加量和蓄热层制备方式的不同，具体如表4所示，其余操作步骤和参数均与实施例3相同。上述对比例1-6制备蓄热层的原料组分配比如表4所示。
表4对比例1-6制备蓄热层的原料组分配比
Figure BDA0002774496260000082
Figure BDA0002774496260000091
对比例7
本实施例与实施例3的不同之处在于步骤(5)中蓄热层的填充厚度为45mm，其余操作步骤和参数均与实施例3相同。
性能检测试验
将上述实施例1-18以及对比例1-7制备的蓄热层进行质量损失和导热性能的检测，本测试使用TPS2500导热系数仪，采用瞬态热源法测试样品在常温温度下的导热系数。检测结果如表5所示。
表5实施例1-18以及对比例1-7的性能检测结果
项目 质量损失(％) 导热系数/t＝25℃(W/(m·k))
实施例1 0.65 0.60
实施例2 0.75 0.70
实施例3 0.85 0.80
实施例4 0.90 0.90
实施例5 0.95 1.00
实施例6 0.70 0.68
实施例7 0.80 0.81
实施例8 0.70 0.71
实施例9 0.81 0.82
实施例10 0.67 0.65
实施例11 0.82 0.78
实施例12 0.54 0.40
实施例13 0.62 0.45
实施例14 0.55 0.42
实施例15 0.52 0.41
实施例16 0.57 0.43
实施例17 0.58 0.44
实施例18 0.84 0.80
对比例1 0.42 0.33
对比例2 0.41 0.32
对比例3 0.43 0.35
对比例4 0.47 0.38
对比例5 0.49 0.37
对比例6 0.48 0.35
对比例7 0.42 0.33
从表5的实验结果可以看出，本申请制备的蓄热层在常温下的导热系数在0.52-0.95W/(m·k)之间，可知，质量损失越多，表明蓄热层中存在的孔隙越多，其导热能力越好。本申请制备的蓄热层具有较高的导热系数，蓄热能力和导热能力较强，能够有效提高蓄热层的蓄热性能。
其中，结合实施例1-7的制备方法以及表5可知，无机相变材料中醋酸盐和硫酸盐的混合比例能够影响到最终制备的蓄热层的导热系数，通过表5的实验结果可知，将无机相变材料中的醋酸盐的添加量控制在无机相变材料总体添加量的10-20份数比的范围内，硫酸盐的添加量控制在无机相变材料总体添加量的14-25份数比的范围内，制备的蓄热层导热系数在0.65-0.95W/(m·k)之间，均大于实施例16-17利用单种无机想变材料制备的蓄热层的导热系数，说明将醋酸盐和硫酸盐控制在上述范围内，能够进一步有效提高制备的蓄热层的导热性能和蓄热性能。
结合实施例3、实施例8-11的制备方法以及表5可知，磷酸酯化淀粉胶中锆渣和淀粉的添加比例对制备的蓄热层的导热系数有较大影响，为了使得制备的蓄热层的导热系数更高，蓄热能力更强，制备蓄热层时，将锆渣和淀粉的添加比例均控制在本申请提供的范围内。
进一步的，结合实施例3、实施例12-15的制备方法以及表5可知，锆渣和超细石墨粉的粒径规格、以及锆渣是否经过水洗处理对制备的蓄热层的导热系数同样会产生影响，为了使得制备的蓄热层的导热系数更高，蓄热能力更好，本申请制备蓄热层时，将锆渣的粒径控制在200-300目，将超细石墨粉的粒径控制在1000-2000目。
结合实施例3、对比例1-3的制备方法以及表5的结果可知，制备蓄热层的原料中分别缺少锆渣、硅藻土以及超细石墨粉时，均能够导致最终制备的蓄热层的导热系数变小，说明上述物质对蓄热层的蓄热能力均起到重要作用。另外，进一步结合对比例4-6可知，本申请提供的制备方法对最终制备的蓄热层的导热系数的影响也较大，说明利用本申请提供的制备方法制备的蓄热层具有较好的导热能力，因而具有较好蓄热性能。再者，实施例3、实施例8以及对比例7的对比可知，最终制备的蓄热层的填充厚度控制在30-40mm为宜，填充厚度太高，虽然对导热能力的影响不是很大，但是会造成资源的浪费，填充厚度太低会影响蓄热层的蓄热能力和导热系数，故蓄热层的厚度也不宜太低，因此，本申请将蓄热层的厚度控制在30-40mm的范围内。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术入员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种地暖用蓄热层，其特征在于，所述蓄热层包含以下重量份的原料组分：无机相变材料24-45份；水29-48份；磷酸酯化淀粉胶0.3-1.2份；吸水树脂0.3-1.2份；超细石墨粉5-8份；硅藻土15-26份；石膏15-18份；水泥19-45份；锆渣4-7份；砂子12-24份；所述无机相变材料为醋酸盐、硫酸盐中的任意一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种地暖用蓄热层，其特征在于：所述无机相变材料包含以下重量份的原料组分：醋酸盐10-20份、硫酸盐14-25份。
3.根据权利要求1所述的一种地暖用蓄热层，其特征在于：所述锆渣经过水洗处理。
4.根据权利要求1所述的一种地暖用蓄热层，其特征在于：所述锆渣的粒径为200-300目。
5.根据权利要求1所述的一种地暖用蓄热层，其特征在于：所述超细石墨粉的粒径为1000-2000目。
6.根据权利要求1所述的一种地暖用蓄热层，其特征在于，所述磷酸酯化淀粉胶包含以下重量份的原料组分：淀粉6-8份；锆渣3-4份；磷酸二氢钠2-2.5份；水12-20份。
7.根据权利要求6所述的一种地暖用蓄热层，其特征在于，所述磷酸酯化淀粉胶的制备方法具体包括以下步骤：按照原料组分配比，将锆渣水洗至中性，并与磷酸二氢钠一并加入水中，搅匀；加入淀粉，搅拌分散制成淀粉浆，在70-80℃下加热30min，制得磷酸酯化淀粉胶。
8.如权利要求1-7所述的一种地暖用蓄热层的摊铺方法，其特征在于：所述摊铺方法具体包括以下步骤：
（1）根据各原料的添加比例，将无机相变材料与14-22份的水混匀，获得混合液A；将锆渣和超细石墨粉混匀，获得混合液B；将吸水树脂、混合液A和混合液B混合，搅拌均匀，获得无机相变材料复合物；
（2）将步骤（1）制得的无机相变材料复合物加入硅藻土、石膏和磷酸酯化淀粉胶的混合物中，混合均匀，制得无机相变材料包覆体，并干燥至颗粒不黏连；
（3）将步骤（2）制得的无机相变包覆体加入水泥、砂子和15-26份的水中，混合均匀，即得蓄热层砂浆；
（4）将步骤（3）制备的蓄热层砂浆填充在加热系统的表面形成蓄热层，蓄热层的填充厚度为30-40mm，养护期为18-21d。
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