CN115194913A - 一种相变储热地板的制备方法及辐射采暖应用 - Google Patents
一种相变储热地板的制备方法及辐射采暖应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115194913A CN115194913A CN202210790429.XA CN202210790429A CN115194913A CN 115194913 A CN115194913 A CN 115194913A CN 202210790429 A CN202210790429 A CN 202210790429A CN 115194913 A CN115194913 A CN 115194913A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase
- heat storage
- floor
- phase change
- heat
- 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.)
- Pending
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 113
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 title claims abstract description 98
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 74
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 claims abstract description 62
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 46
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000011232 storage material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000009966 trimming Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 52
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 claims description 32
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims description 29
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 26
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 claims description 15
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 12
- 229910021485 fumed silica Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 9
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 9
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 8
- 239000004567 concrete Substances 0.000 claims description 7
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 239000003755 preservative agent Substances 0.000 claims description 7
- 230000002335 preservative effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 7
- DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N Acetamide Chemical compound CC(N)=O DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 150000002191 fatty alcohols Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 6
- HEBKCHPVOIAQTA-UHFFFAOYSA-N meso ribitol Natural products OCC(O)C(O)C(O)CO HEBKCHPVOIAQTA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 claims description 4
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 claims description 4
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 claims description 4
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 claims description 4
- 150000005846 sugar alcohols Polymers 0.000 claims description 4
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- TVXBFESIOXBWNM-UHFFFAOYSA-N Xylitol Natural products OCCC(O)C(O)C(O)CCO TVXBFESIOXBWNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 3
- 239000000811 xylitol Substances 0.000 claims description 3
- 235000010447 xylitol Nutrition 0.000 claims description 3
- HEBKCHPVOIAQTA-SCDXWVJYSA-N xylitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO HEBKCHPVOIAQTA-SCDXWVJYSA-N 0.000 claims description 3
- 229960002675 xylitol Drugs 0.000 claims description 3
- FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N D-Glucitol Natural products OC[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N 0.000 claims description 2
- FBPFZTCFMRRESA-KVTDHHQDSA-N D-Mannitol Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-KVTDHHQDSA-N 0.000 claims description 2
- HEBKCHPVOIAQTA-QWWZWVQMSA-N D-arabinitol Chemical compound OC[C@@H](O)C(O)[C@H](O)CO HEBKCHPVOIAQTA-QWWZWVQMSA-N 0.000 claims description 2
- FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N D-glucitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004386 Erythritol Substances 0.000 claims description 2
- UNXHWFMMPAWVPI-UHFFFAOYSA-N Erythritol Natural products OCC(O)C(O)CO UNXHWFMMPAWVPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229930195725 Mannitol Natural products 0.000 claims description 2
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 claims description 2
- 235000019414 erythritol Nutrition 0.000 claims description 2
- UNXHWFMMPAWVPI-ZXZARUISSA-N erythritol Chemical compound OC[C@H](O)[C@H](O)CO UNXHWFMMPAWVPI-ZXZARUISSA-N 0.000 claims description 2
- 229940009714 erythritol Drugs 0.000 claims description 2
- FBPFZTCFMRRESA-GUCUJZIJSA-N galactitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-GUCUJZIJSA-N 0.000 claims description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004668 long chain fatty acids Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000000594 mannitol Substances 0.000 claims description 2
- 235000010355 mannitol Nutrition 0.000 claims description 2
- 229960001855 mannitol Drugs 0.000 claims description 2
- 239000010451 perlite Substances 0.000 claims description 2
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 claims description 2
- QLNJFJADRCOGBJ-UHFFFAOYSA-N propionamide Chemical compound CCC(N)=O QLNJFJADRCOGBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229940080818 propionamide Drugs 0.000 claims description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000000600 sorbitol Substances 0.000 claims description 2
- 229960002920 sorbitol Drugs 0.000 claims description 2
- 235000010356 sorbitol Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 9
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- 239000005030 aluminium foil Substances 0.000 description 5
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 5
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 3
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 3
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- BDKLKNJTMLIAFE-UHFFFAOYSA-N 2-(3-fluorophenyl)-1,3-oxazole-4-carbaldehyde Chemical compound FC1=CC=CC(C=2OC=C(C=O)N=2)=C1 BDKLKNJTMLIAFE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- DGLRDKLJZLEJCY-UHFFFAOYSA-L disodium hydrogenphosphate dodecahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Na+].[Na+].OP([O-])([O-])=O DGLRDKLJZLEJCY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000011900 installation process Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000002667 nucleating agent Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 1
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 235000017281 sodium acetate Nutrition 0.000 description 1
- 229940087562 sodium acetate trihydrate Drugs 0.000 description 1
- -1 sodium acetate trihydrate-potassium chloride-urea Chemical compound 0.000 description 1
- 235000019812 sodium carboxymethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 229920001027 sodium carboxymethylcellulose Polymers 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
- B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
- B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
- B28B1/04—Producing shaped prefabricated articles from the material by tamping or ramming
- B28B1/045—Producing shaped prefabricated articles from the material by tamping or ramming combined with vibrating or jolting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
- B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
- B28B11/00—Apparatus or processes for treating or working the shaped or preshaped articles
- B28B11/24—Apparatus or processes for treating or working the shaped or preshaped articles for curing, setting or hardening
- B28B11/245—Curing concrete articles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
- B28C—PREPARING CLAY; PRODUCING MIXTURES CONTAINING CLAY OR CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
- B28C5/00—Apparatus or methods for producing mixtures of cement with other substances, e.g. slurries, mortars, porous or fibrous compositions
- B28C5/003—Methods for mixing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
- C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
- C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
- C09K5/063—Materials absorbing or liberating heat during crystallisation; Heat storage materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D13/00—Electric heating systems
- F24D13/02—Electric heating systems solely using resistance heating, e.g. underfloor heating
- F24D13/022—Electric heating systems solely using resistance heating, e.g. underfloor heating resistances incorporated in construction elements
- F24D13/024—Electric heating systems solely using resistance heating, e.g. underfloor heating resistances incorporated in construction elements in walls, floors, ceilings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D15/00—Other domestic- or space-heating systems
- F24D15/02—Other domestic- or space-heating systems consisting of self-contained heating units, e.g. storage heaters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Central Heating Systems (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
Abstract
本发明涉及相变储热和建筑采暖技术领域，公开了一种相变储热地板的制备方法，包括以下步骤：第一步：将有机/无机储热材料与多孔载体混合搅拌，制备出复合相变材料；第二步：将水泥粉末和复合相变材料粉末物理混合均匀后，加入水并利用工业搅拌机进行搅拌，待水全部加入后，继续搅拌至混合充分，获得混合均匀、质地粘稠的相变水泥砂浆；第三步：将混合均匀、质地粘稠的相变水泥砂浆倒入模型地板结构，进行振捣、修边以及养护后，得到相变储热地板。本发明还公开了该相变储热地板的辐射采暖应用，可达到建筑节能的效果，便于大规模应用。
Description
技术领域
本发明涉及相变储热和建筑采暖技术领域，具体涉及一种相变储热地板的制备方法及辐射采暖应用。
背景技术
由于中国城市化进度加速，建筑能耗占总体能耗的比重持续增加，尤其是暖通、制冷系统的过渡使用使得能源供应负荷加剧。在“碳中和”和“碳达峰”背景下，建筑节能已成为实现可持续发展的主要关注点之一。
地板辐射采暖系统是将热水管、电加热膜或发热电缆铺设于地板填充层下方，通过辐射和对流的方式将热量传递到建筑空间内进行供暖。将相变储热技术应用于地板辐射采暖系统，相变材料以潜热的形式吸收并储存采暖热源提供的热量，并在停止供暖环境温度降低后，释放储存的热量为室内供暖。该技术可有效改善建筑室内热舒适性能，实现地板隔热、保暖性能；同时可以弥合建筑能源供需之间的不平衡，降低建筑能耗、增强建筑的热惯性，有利于能源节约与合理利用。目前报道的研究中，相变材料集成于建筑围护结构的常用方法是将相变材料封装成管状、块状等固定形状，整体嵌入建筑结构中。然而，该类型方式存在安装铺设繁杂，拆卸不便，围护结构的力学性能、结构要求高，材料导热性能欠佳等问题，很大程度限制了相变储热技术在建筑采暖模块的大范围推广应用。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供一种相变储热地板的制备方法及辐射采暖应用，具备可直接紧贴瓷砖面层铺设，且能在地板底部安装供热水管、电加热膜及发热电缆等加热系统，制备、安装工艺简单，拆卸检修方便，满足建筑围护结构要求，同时可达到建筑节能的效果，便于大规模应用等优点。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种相变储热地板的制备方法，包括以下步骤：
第一步：将有机/无机储热材料与多孔载体混合搅拌，制备出复合相变材料；
第二步：将水泥粉末和复合相变材料粉末物理混合均匀后，加入水并利用工业搅拌机进行搅拌，待水全部加入后，继续搅拌至混合充分，获得混合均匀、质地粘稠的相变水泥砂浆；
第三步：将混合均匀、质地粘稠的相变水泥砂浆倒入模型地板结构，进行振捣、修边以及养护后，得到相变储热地板。
优选的，所述第一步中复合相变材料制备内容如下：将相变材料在50～80℃温度下水浴加热至完全融化后，加入多孔材料，机械搅拌0.5～2h，待吸附饱和后，冷却至室温，得到复合相变材料。
优选的，所述有机/无机储热材料分为有机相变材料以及无机相变材料，有机相变材料选自石蜡、脂肪酸、脂肪醇、多元醇、酰胺中的一种或其混合物，无机相变材料选自无机水合盐中的一种，有机/无机储热材料的熔点在30℃～70℃范围内，焓值约为160～350J/g，占复合相变材料总质量的60～93％；
多孔载体为膨胀石墨、石墨烯、硅藻土、膨胀珍珠岩、气相二氧化硅等多孔材料种的一种，占复合相变材料的质量比为5～35％。
优选的，所述石蜡为含18～30个碳原子的高级烷烃中的至少一种；
所述脂肪酸为含12～18个碳原子的长链脂肪酸中的至少一种；
所述脂肪醇为含10～20个碳原子的长链脂肪醇中的至少一种；
所述多元醇为赤藓糖醇、木糖醇、甘露醇、山梨糖醇、甜醇、阿拉伯糖醇中的至少一种；
所述酰胺为尿素、乙酰胺、丙酰胺中的至少一种。
优选的，所述第二步中复合相变材料占相变水泥砂浆总质量的16.7～28.6％。
优选的，所述第三步中相变储热地板制备过程如下：
S1：利用混凝土震动棒震动模板结构四周边缘，将砂浆中的小气泡排出并完全填充模型地板结构，静置1.2～2h；
S2：待模具中的水泥砂浆初步硬化后，采用水泥抹刀沿模具边缘刮平砂浆表面；
S3：每隔10～12h，在砂浆表面喷洒一定的水分并覆盖一层保鲜膜，保持砂浆湿润；
S4：5～7天后将制备完成的相变储热地板从模型结构中取出，得到相变储热地板。
优选的，所述模型地板结构分为有凹槽和无凹槽结构类型。
一种相变储热地板的辐射采暖应用，所述相变储热地板应用于辐射采暖，地面铺设结构从上到下依次为：瓷砖面层、相变储热地板以及加热系统，加热系统为供热水管、电加热膜、发热电缆中的一种。
优选的，所述供热水管加热系统，是由太阳能-热泵采暖系统加热后温度为30～70℃的热水，在埋置于地板下盘管系统内循环流动加热整个地板，向室内辐射散热。
优选的，所述电加热膜和发热电缆加热系统，是电热膜和发热电缆在通电后，电热膜和合金电阻丝发热，将电能转化热能，并在30～70℃的温度间运行，将热能通过热传导和远红外辐射方式传递。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供的一种相变储热地板的制备方法及辐射采暖应用，具备以下有益效果：
1、该相变储热地板的制备方法及其辐射采暖应用，本发明提出的用于辐射采暖系统的相变储热地板，由水泥粉和复合相变材料直接混合浇筑而成，工艺简单、利于规模化生产制备。采用的复合相变材料，相变材料潜热值较高，储热密度较大；热导率较高，相变储热地板升降温时材料内部温度梯度小，传热效率快；稳定性好，循环寿命长；无毒性，腐蚀性，对环境和人体无害；与水泥粉以一定比例混合制备的相变水泥砂浆力学性能优异，抗压、抗折强度高。本发明制备的相变储热地板，是兼备承重和保温性能的围护结构。
2、该相变储热地板的制备方法及其辐射采暖应用，本发明提出的用于辐射采暖系统的相变储热地板，可直接铺设于地面瓷砖面层下方，替代了传统将相变材料封装成管状、块状等固定形状，再嵌入建筑结构的复杂步骤，安装铺设，拆卸检修方便，便于大规模应用。
3该相变储热地板的制备方法及其辐射采暖应用，本发明提出的用于辐射采暖系统的相变储热地板，底部安装有供热水管、电热膜或发热电缆等加热系统，相变储热地板与传统供热采暖系统集成，形成多能互补的地板辐射采暖系统。相变储热地板以潜热的形式吸收并储存采暖热源提供的热量，并在停止供暖环境温度降低后，释放储存的热量持续为室内供暖，建筑节能效果显著，同时供暖房间热舒适性有效提升。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例提供的相变储热地板的制备方法，包括以下步骤：
一、复合相变材料制备
选取石蜡作为有机蓄热材料与膨胀石墨多孔材料以85:15的质量比制备复合相变材料。将石蜡样品放置于烧杯，并浸渍于数显三用恒温水箱，设置70℃水浴加热至石蜡完全熔化；边搅拌边倒入一半质量的膨胀石墨，搅拌20分钟后，倒入剩余的膨胀石墨继续搅拌20分钟，确保膨胀石墨充分吸附石蜡；将复合完全的样品从水浴锅中拿出，室温下边冷却边搅拌，直至样品呈现颜色均匀的沙砾状，无明显的结块，获得石蜡/膨胀石墨复合相变材料。
二、相变储热地板制备
按质量比7:20称取复合相变材料粉末和水泥粉末干混至均匀，加入适量水并利用工业搅拌机进行搅拌，待水全部加入后，继续搅拌至充分混合，获得混合均匀、质地粘稠的相变水泥砂浆。将粘稠状态的相变储热砂浆浇筑至模型地板结构，该模型结构尺寸为40*40*2cm，板面上有两道直径为2cm凹槽，为铺设供热水管提供空间。利用混凝土震动棒震动模板结构四周边缘，将砂浆中的小气泡排出并完全填充模型地板结构；静置1.5h，待模具中的水泥砂浆初步硬化后，采用水泥抹刀沿模具边缘刮平砂浆表面；每隔12h，在砂浆表面喷洒一定的水分并覆盖一层保鲜膜，保持砂浆湿润；7天后将制备完成的相变储热地板从模型结构中取出。
一种相变储热地板的辐射采暖应用，包括以下内容：
相变储热地板应用
相变储热地板应用于辐射采暖时，地面铺设结构从上到下依次为：瓷砖面层、相变储热地板和保温板，供热水管从相变储热地板和保温板之间穿过，保温板表面贴有铝箔反射层，将水管的热辐射部分反射至地面，减少热量流失。在建筑供暖时间内，太阳能照射充足时，太阳能热水器向地板下采暖盘管供热水，通过热水循环流动加热整个地板，向室内辐射供暖，同时将相变储热地板中的复合相变材料熔化，使其以潜热的形式吸收并储存部分热能。当夜晚或由于气候等因素而造成太阳能集热器的集热量无法满足实验房间供暖需求时，相变储热地板固化并释放存储的热量，加热供热水管内循环水；当相变储热地板放热量不足时，启动空气源热泵继续加热集热水箱，维持建筑房内正常采暖。
本发明的相变储热地板直接铺设于瓷砖面层下方，底部安装有加热系统，为供热水管、电加热膜、发热电缆中的一种。所述供热水管加热系统，是由太阳能-热泵采暖系统加热后温度为30～70℃的热水，在埋置于地板下盘管系统内循环流动加热整个地板，向室内辐射散热；所述电加热膜和发热电缆加热系统，是电热膜和发热电缆在通电后，电热膜和合金电阻丝发热，将电能转化热能，并在30～70℃的温度间运行，将热能通过热传导和远红外辐射方式传递，以此达到供暖的目的。本发明将相变储热地板与传统供热采暖系统耦合，利用相变储能地板储存和释放大量的潜热，削减供热系统的负荷峰值，有效实施“峰谷电价”，提高能源利用率，起到建筑节能的作用；同时缓解室内温度波动，提高供暖房间热舒适性。
发明的相变储热地板与传统供暖加热系统集成，发展了基于相变储热的多能互补地板辐射采暖系统。下面分别阐述本发明与不同加热系统耦合的工作原理：
相变储热地板下方铺设供热水管，与太阳能-热泵辐射采暖系统耦合：在建筑供暖时间内，太阳能照射充足时，太阳能热水器向地板下采暖盘管供热水，通过热水循环流动加热整个地板，向室内辐射供暖，同时将相变储热地板中的复合相变材料熔化，使其以潜热的形式吸收并储存部分热能。当夜晚或由于气候等因素而造成太阳能集热器的集热量无法满足实验房间供暖需求时，相变储热地板固化并释放存储的热量，加热供热水管内循环水；当相变储热地板放热量不足时，启动空气源热泵继续加热集热水箱，维持建筑房内正常采暖。
相变储热地板下方铺设电热膜/发热电缆，与电加热采暖系统耦合：通过采暖系统的加热源预热，电加热层将电能转换为热能，用远红外辐射以及自然对流的方式向空间上方传递热能，进行辐射供暖，同时相变储热地板以潜热储存热量。当屋内温度达到预设值，电加热源停止工作后，相变储热地板持续释放热量，延长室内供暖时长，减缓温度衰减，有效增加室内热舒适持续时间。
实施例2
本发明实施例提供的相变储热地板的制备方法，包括以下步骤：
一、复合相变材料制备
选取石蜡作为有机蓄热材料与膨胀石墨多孔材料以80:20的质量比制备复合相变材料。将石蜡样品放置于烧杯，并浸渍于数显三用恒温水箱，设置70℃水浴加热至石蜡完全熔化；边搅拌边倒入一半质量的膨胀石墨，搅拌20分钟后，倒入剩余的膨胀石墨继续搅拌20分钟，确保膨胀石墨充分吸附石蜡；将复合完全的样品从水浴锅中拿出，室温下边冷却边搅拌，直至样品呈现颜色均匀的沙砾状，无明显的结块，获得石蜡/膨胀石墨复合相变材料。
二、相变储热地板制备
按质量比8:20称取复合相变材料粉末和水泥粉末，加入各占总质量2％的硅砂和石膏粉混合至均匀，加入适量水并利用工业搅拌机进行搅拌，待水全部加入后，继续搅拌至充分混合，获得混合均匀、质地粘稠的相变水泥砂浆。将粘稠状态的相变储热砂浆浇筑至尺寸为60*60*2cm的长方体模型地板结构。利用混凝土震动棒震动模板结构四周边缘，将砂浆中的小气泡排出并完全填充模型地板结构；静置1.5h，待模具中的水泥砂浆初步硬化后，采用水泥抹刀沿模具边缘刮平砂浆表面；每隔12h，在砂浆表面喷洒一定的水分并覆盖一层保鲜膜，保持砂浆湿润；7天后将制备完成的相变储热地板从模型结构中取出。
一种相变储热地板的辐射采暖应用，具体为相变储热地板应用，包括以下内容：
相变储热地板应用于辐射采暖时，地面铺设结构从上到下依次为：瓷砖面层、相变储热地板、电加热膜和保温板，保温板表面贴有铝箔反射层，将电加热膜的热辐射部分反射至地面，减少热量流失。在建筑供暖时间内，电加热膜将电能转换为热能，用远红外辐射以及自然对流的方式向空间上方传递热能，进行辐射供暖，同时相变储热地板以潜热储存热量。当屋内温度达到预设值，电加热源停止工作后，相变储热地板持续释放热量，延长室内供暖时长，减缓温度衰减，维持建筑房内正常采暖。
实施例3
本发明实施例提供的相变储热地板的制备方法，包括以下步骤：
一、复合相变材料制备
按质量比53:47称取木糖醇和乙酰胺混合放置于烧杯，并浸渍于数显三用恒温水箱，设置80℃水浴加热至混合物呈熔融状，并保持此状态下搅拌，使其混合均匀，得到有机共晶复合相变材料；按与共晶相变材料质量比15:85称取气相二氧化硅加入烧杯，每次间隔2h搅拌5分钟，重复操作3次，确保气相二氧化硅充分吸附木糖醇-乙酰胺共晶相变材料；将复合完全的样品从水浴锅中拿出，冷却至室温，获得木糖醇-乙酰胺/气相二氧化硅复合相变材料。
二、相变储热地板制备
按质量比8:20称取复合相变材料粉末和水泥粉末，加入各占总质量2％的硅砂和石膏粉混合至均匀，加入适量水并利用工业搅拌机进行搅拌，待水全部加入后，继续搅拌至充分混合，获得混合均匀、质地粘稠的相变水泥砂浆。将粘稠状态的相变储热砂浆浇筑至模型地板结构，该模型结构尺寸为40*40*2cm，板面上有两道直径为2cm凹槽，为铺设供热水管提供空间。利用混凝土震动棒震动模板结构四周边缘，将砂浆中的小气泡排出并完全填充模型地板结构；静置1.5h，待模具中的水泥砂浆初步硬化后，采用水泥抹刀沿模具边缘刮平砂浆表面；每隔12h，在砂浆表面喷洒一定的水分并覆盖一层保鲜膜，保持砂浆湿润；7天后将制备完成的相变储热地板从模型结构中取出。
一种相变储热地板的辐射采暖应用，进行相变储热地板应用，包括以下内容：
相变储热地板应用于辐射采暖时，地面铺设结构如从上到下依次为：瓷砖面层、相变储热地板和保温板，供热水管从相变储热地板和保温板之间穿过，保温板表面贴有铝箔反射层，将水管的热辐射部分反射至地面，减少热量流失。在建筑供暖时间内，太阳能照射充足时，太阳能热水器向地板下采暖盘管供热水，通过热水循环流动加热整个地板，向室内辐射供暖，同时将相变储热地板中的复合相变材料熔化，使其以潜热的形式吸收并储存部分热能。当夜晚或由于气候等因素而造成太阳能集热器的集热量无法满足实验房间供暖需求时，相变储热地板固化并释放存储的热量，加热供热水管内循环水；当相变储热地板放热量不足时，启动空气源热泵继续加热集热水箱，维持建筑房内正常采暖。
实施例4
本发明实施例提供的相变储热地板的制备方法，包括以下步骤：
一、复合相变材料制备
称取适量的三水醋酸钠作为无机蓄热材料放置于烧杯，并浸渍于数显三用恒温水箱，先后添加质量比分别为8％和3％的氯化钾和尿素作相变温度调节剂、6％的羧甲基纤维素钠作增稠剂、1.5％的十二水磷酸氢二钠作成核剂，设置65℃水浴加热至混合物呈熔融状，并保持此状态下搅拌，使其混合均匀，得到无机复合相变材料；按与无机复合相变材料质量比20:80称取气相二氧化硅加入烧杯，每次间隔2h搅拌5分钟，重复操作3次，确保气相二氧化硅充分吸附相变材料；将复合完全的样品从水浴锅中拿出，冷却至室温，获得三水醋酸钠-氯化钾-尿素/气相二氧化硅复合相变材料。
二、相变储热地板制备
按质量比7:20称取复合相变材料粉末和水泥粉末干混至均匀，加入适量水并利用工业搅拌机进行搅拌，待水全部加入后，继续搅拌至充分混合，获得混合均匀、质地粘稠的相变水泥砂浆。将粘稠状态的相变储热砂浆浇筑至尺寸为60*60*2cm的长方体模型地板结构。利用混凝土震动棒震动模板结构四周边缘，将砂浆中的小气泡排出并完全填充模型地板结构；静置1.5h，待模具中的水泥砂浆初步硬化后，采用水泥抹刀沿模具边缘刮平砂浆表面；每隔12h，在砂浆表面喷洒一定的水分并覆盖一层保鲜膜，保持砂浆湿润；7天后将制备完成的相变储热地板从模型结构中取出。
一种相变储热地板的辐射采暖应用，包括以下内容：
相变储热地板应用于辐射采暖时，地面铺设结构从上到下依次为：瓷砖面层、相变储热地板、电加热膜和保温板，保温板表面贴有铝箔反射层，将电加热膜的热辐射部分反射至地面，减少热量流失。在建筑供暖时间内，电加热膜将电能转换为热能，用远红外辐射以及自然对流的方式向空间上方传递热能，进行辐射供暖，同时相变储热地板以潜热储存热量。当屋内温度达到预设值，电加热源停止工作后，相变储热地板持续释放热量，延长室内供暖时长，减缓温度衰减，维持建筑房内正常采暖。
对比例
为了进一步验证本发明的相变储热地板用于辐射采暖的效果，本对比例选用普通地板，与本发明实施例1中相变储热地板进行对比。
称取与实例1中复合相变材料和水泥总质量相同的水泥粉末，加入适量水并利用工业搅拌机进行搅拌，待水全部加入后，继续搅拌至充分混合，获得混合均匀、质地粘稠的水泥砂浆。将水泥砂浆浇筑至模型地板结构，该模型结构尺寸为40*40*2cm，板面上有两道直径为2cm凹槽，为铺设供热水管提供空间。利用混凝土震动棒震动模板结构四周边缘，将砂浆中的小气泡排出并完全填充模型地板结构；静置1.5h，待模具中的水泥砂浆初步硬化后，采用水泥抹刀沿模具边缘刮平砂浆表面；每隔12h，在砂浆表面喷洒一定的水分并覆盖一层保鲜膜，保持砂浆湿润；7天后将制备完成的普通地板从模型结构中取出。
普通地板地面铺设结构从上到下依次为：瓷砖面层、普通地板和保温板，供热水管从普通地板和保温板之间穿过，保温板表面贴有铝箔反射层，将水管的热辐射部分反射至地面，减少热量流失。在建筑供暖时间内，热水器向地板下采暖盘管供热水，通过热水循环流动加热整个地板，向室内辐射供暖。
本发明实例1制备的石蜡/膨胀石墨复合相变材料熔点为40.5℃、焓值为220.5J/g；制备的相变储热地板相变焓值为35.1J/g、导热系数为2.056W·m-1·K-1、抗压强度和抗折强度分别为5.54MPa和2.6MPa，具备优良的储热性能和力学性能。与对比例中的普通地板相比，安装实例1中相变储热地板的房间冬日温度波动明显减缓，热舒适时长提升达13.7％，采暖周期内，系统运行费用降低了15.8％，表明本发明提出的相变储热地板具备良好的应用前景。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种相变储热地板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：将有机/无机储热材料与多孔载体混合搅拌，制备出复合相变材料；
第二步：将水泥粉末和复合相变材料粉末物理混合均匀后，加入水并利用工业搅拌机进行搅拌，待水全部加入后，继续搅拌至混合充分，获得混合均匀、质地粘稠的相变水泥砂浆；
第三步：将混合均匀、质地粘稠的相变水泥砂浆倒入模型地板结构，进行振捣、修边以及养护后，得到相变储热地板。
2.根据权利要求1所述的相变储热地板的制备方法，其特征在于：所述第一步中复合相变材料制备内容如下：将相变材料在50～80℃温度下水浴加热至完全融化后，加入多孔材料，机械搅拌0.5～2h，待吸附饱和后，冷却至室温，得到复合相变材料。
3.根据权利要求1所述的相变储热地板的制备方法，其特征在于：所述有机/无机储热材料分为有机相变材料以及无机相变材料，有机相变材料选自石蜡、脂肪酸、脂肪醇、多元醇、酰胺中的一种或其混合物，无机相变材料选自无机水合盐中的一种，有机/无机储热材料的熔点在30℃～70℃范围内，焓值约为160～350J/g，占复合相变材料总质量的60～93％；
多孔载体为膨胀石墨、石墨烯、硅藻土、膨胀珍珠岩、气相二氧化硅等多孔材料种的一种，占复合相变材料的质量比为5～35％。
4.根据权利要求3所述的相变储热地板的制备方法，其特征在于：所述石蜡为含18～30个碳原子的高级烷烃中的至少一种；
所述脂肪酸为含12～18个碳原子的长链脂肪酸中的至少一种；
所述脂肪醇为含10～20个碳原子的长链脂肪醇中的至少一种；
所述多元醇为赤藓糖醇、木糖醇、甘露醇、山梨糖醇、甜醇、阿拉伯糖醇中的至少一种；
所述酰胺为尿素、乙酰胺、丙酰胺中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的相变储热地板的制备方法，其特征在于：所述第二步中复合相变材料占相变水泥砂浆总质量的16.7～28.6％。
6.根据权利要求1所述的相变储热地板的制备方法，其特征在于：所述第三步中相变储热地板制备过程如下：
S1：利用混凝土震动棒震动模板结构四周边缘，将砂浆中的小气泡排出并完全填充模型地板结构，静置1.2～2h；
S2：待模具中的水泥砂浆初步硬化后，采用水泥抹刀沿模具边缘刮平砂浆表面；
S3：每隔10～12h，在砂浆表面喷洒一定的水分并覆盖一层保鲜膜，保持砂浆湿润；
S4：5～7天后将制备完成的相变储热地板从模型结构中取出，得到相变储热地板。
7.根据权利要求1所述的相变储热地板的制备方法，其特征在于：所述模型地板结构分为有凹槽和无凹槽结构类型。
8.一种相变储热地板的辐射采暖应用，其特征在于，将所述相变储热地板应用于辐射采暖，地面铺设结构从上到下依次为：瓷砖面层、相变储热地板以及加热系统，加热系统为供热水管、电加热膜、发热电缆中的一种。
9.根据权利要求8所述的相变储热地板的辐射采暖应用，其特征在于：所述供热水管加热系统，是由太阳能-热泵采暖系统加热后温度为30～70℃的热水，在埋置于地板下盘管系统内循环流动加热整个地板，向室内辐射散热。
10.根据权利要求8所述的相变储热地板的辐射采暖应用，其特征在于：所述电加热膜和发热电缆加热系统，是电热膜和发热电缆在通电后，电热膜和合金电阻丝发热，将电能转化热能，并在30～70℃的温度间运行，将热能通过热传导和远红外辐射方式传递。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210790429.XA CN115194913A (zh) | 2022-07-06 | 2022-07-06 | 一种相变储热地板的制备方法及辐射采暖应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210790429.XA CN115194913A (zh) | 2022-07-06 | 2022-07-06 | 一种相变储热地板的制备方法及辐射采暖应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115194913A true CN115194913A (zh) | 2022-10-18 |
Family
ID=83579708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210790429.XA Pending CN115194913A (zh) | 2022-07-06 | 2022-07-06 | 一种相变储热地板的制备方法及辐射采暖应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115194913A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010137800A2 (ko) * | 2009-05-29 | 2010-12-02 | Kim Kyu Ho | 상전이물질을 이용한 건축용 난방패널 |
| CN103788930A (zh) * | 2012-10-31 | 2014-05-14 | 烟台市容大置业有限公司 | 一种包裹相变石蜡的方法 |
| CN105526618A (zh) * | 2014-09-28 | 2016-04-27 | 广东万锦科技股份有限公司 | 一种相变蓄热节能电加热地板 |
-
2022
- 2022-07-06 CN CN202210790429.XA patent/CN115194913A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010137800A2 (ko) * | 2009-05-29 | 2010-12-02 | Kim Kyu Ho | 상전이물질을 이용한 건축용 난방패널 |
| CN103788930A (zh) * | 2012-10-31 | 2014-05-14 | 烟台市容大置业有限公司 | 一种包裹相变石蜡的方法 |
| CN105526618A (zh) * | 2014-09-28 | 2016-04-27 | 广东万锦科技股份有限公司 | 一种相变蓄热节能电加热地板 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kong et al. | Experimental study on a novel hybrid system of active composite PCM wall and solar thermal system for clean heating supply in winter | |
| Kong et al. | Experimental study on thermal performance of phase change material passive and active combined using for building application in winter | |
| CN100387544C (zh) | 相变抗裂砂浆及其所使用的粒状相变材料的制备方法 | |
| CN205037414U (zh) | 相变蓄热型太阳能低温热水辐射供暖地板 | |
| CN102677860B (zh) | 相变蓄能调温节能地板 | |
| CN109282395A (zh) | 基于光伏热泵驱动的相变储能地板辐射制冷采暖系统 | |
| Liu et al. | Application of phase change energy storage in buildings: Classification of phase change materials and packaging methods | |
| CN106930491A (zh) | 一种模块化相变蓄能装饰墙系统 | |
| CN113123558B (zh) | 一种自发热相变储热地板 | |
| Yang et al. | Investigations of double layer phase change walls with expanded graphite on the temperature and energy consumption | |
| Wu et al. | Preparation and performance of lauric acid phase change material with the double-layer structure for solar energy storage | |
| CN100347486C (zh) | 一种相变蓄能地板空调采暖方法及装置 | |
| CN202017322U (zh) | 相变蓄能调温节能地板 | |
| CN115194913A (zh) | 一种相变储热地板的制备方法及辐射采暖应用 | |
| CN109084360B (zh) | 一种具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖 | |
| CN111635740A (zh) | 一种相变储热材料及储热装置 | |
| CN104453078B (zh) | 三层相变保温砌块 | |
| CN106867462A (zh) | 一种复合相变材料及其制备方法、蓄能泥浆和蓄能地板 | |
| CN102121293B (zh) | 毛细管网调温仿生板及室内采暖、降温系统 | |
| CN204006444U (zh) | 一种蓄能空调模块 | |
| CN201045223Y (zh) | 相变复合保温板 | |
| CN115341680A (zh) | 一种相变蓄热调温抗裂墙体 | |
| Chen et al. | Research and application of phase change energy storage technology in construction and buildings materials | |
| CN208042295U (zh) | 一种房屋采暖装置及系统 | |
| CN209623006U (zh) | 一种内嵌管式辐射供冷相变墙体 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20221018 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |