CN1268711C - 蓄能建筑材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓄能建筑材料，由癸酸、月桂酸组成的混合物与建筑基体材料复合而成，癸酸与月桂酸按质量比2∶1。本发明的制备方法是将癸酸和月桂酸分别加热，待它们完全熔化后，按上述的比例范围混合形成一种癸酸和月桂酸的共熔混合物；再将该共熔混合物加热至完全熔化状态，复合到建筑基体材料中，形成一种蓄能建筑材料。在建筑节能领域，通过墙体材料与蓄能材料复合，可以增加建筑物的温度调节能力，达到节能和舒适的目的。该蓄能材料的相变温度(19-24℃)与房间内的调节温度(18-25℃)相吻合，相变潜热较高(120-150kJ/kg)，无过冷和相分离现象，无毒、无腐蚀性，性能稳定、重复性好。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种建筑材料及其制备方法，特别是一种蓄能建筑材料及其制备方法。
二、背景技术
节能与环保是能源利用领域中最重要的课题，利用相变材料的相变潜热进行能量的储存(蓄冷、蓄热)是一项新型环保节能技术。相变材料在其本身发生相变的过程中，吸收环境的热(冷)量，并在需要时向环境放出热(冷)量，从而达到控制周围环境温度和节能的目的。它在建筑节能、太阳能利用、制冷空调、热能回收等领域都有广泛的应用前景。
相变蓄能材料是一种熔化时吸热、凝结时放热的材料。液态相变蓄能材料靠表面张力保持在多空隙的主体材料中。因为潜热比显热大得多，所以在建筑材料中加入少量(重量百分比5-30％)相变蓄能材料，即可对其蓄热能力产生很大的影响。
目前常用的相变蓄能材料主要包括无机物和有机物两大类。绝大多数无机物相变蓄能材料具有腐蚀性，而且在相变过程中具有过冷和相分离的缺点，影响了其蓄能能力；而有机物相变蓄能材料不仅腐蚀性小、在相变过程中几乎没有相分离的缺点，且化学性能稳定、价格便宜。但有机物相变蓄能材料普遍存在导热系数低的缺点，致使其在蓄能系统的应用中传热性能差、蓄能利用率低，从而降低了系统的效能。
三、发明内容
本发明的目的是针对上述蓄能材料存在的不足而提供的一种蓄能建筑材料及其制备方法，它是将有机相变蓄能材料与合适的建筑基体材料复合，强化蓄、放热过程的传热，并解决蓄能材料液相的泄漏和腐蚀问题。
本发明的技术方案是：一种蓄能建筑材料，由癸酸、月桂酸组成的混合物与建筑基体材料复合而成，癸酸与月桂酸按质量比2∶1。
其中，癸酸，分子式为C10H20O2，分子量为172.26，凝固点≥29℃，折光率为1.4275-1.4295。
月桂酸，分子式为C12H24O2，分子量为200.32，熔点范围为41-45℃。
本发明的制备方法是将癸酸和月桂酸分别加热至60-70℃，待它们完全熔化后，按上述的比例范围混合形成一种癸酸和月桂酸的共熔混合物(相变蓄能材料)；再将该共熔混合物加热至完全熔化状态，复合到建筑基体材料中，形成一种蓄能建筑材料。
相变蓄能材料与建筑基体材料复合的方法有如下两种：
1、混合物浸渍在建筑基体材料中。将普通石膏板、混凝土板和泡沫板等在40±5℃的温度下保温3-5小时，然后浸入盛有相变蓄能材料的储槽中，在40±5℃的温度下浸泡5～10分钟(视板的大小而定)。浸渍前后将所有板称重，以确定相变蓄能材料的吸收率。
2、混合物填充在建筑基体材料中或混合物封入胶囊中，胶囊填充在建筑基体材料中。将相变蓄能材料封入微型胶囊中，然后将这些微型胶囊填充到或装入空心混凝土砖块中，制成含相变蓄能材料的混凝土建筑材料。
本发明在空调房间中的工作机理如下：在空调房间进行制冷降温时，若房间的冷负荷小于空调机组的冷量，房间的温度将降低，当房间内的温度降低到低于蓄能材料的相变温度时，蓄能材料开始凝固放热，将房间内多余的冷量储存起来。当空调机组停机时，房间内的温度开始慢慢回升，当房间内温度上升到蓄能材料的相变温度时，相变蓄能材料开始吸热熔化，维持房间内温度在一定的范围内。同样道理，在空调房间进行制热升温时，若房间的热负荷小于空调机组的制热量，房间的温度将升高，当房间内的温度升高到高于蓄能材料的相变温度时，蓄能材料开始熔化吸热，将房间内多余的热量储存起来。当空调机组停机时，房间内的温度开始慢慢下降，当房间内温度下降到蓄能材料的相变温度时，相变蓄能材料开始凝固放热，维持房间内温度在一定的范围内。
在夜间电网低谷时间(同时也是空调负荷很低的时间)，空调机组可以开机制冷并将冷量储存在相变蓄能材料中，蓄能材料因储存冷量而凝固成固体；待白天电网高峰用电时间(同时也是空调负荷高峰时间)，再将冷量释放出来满足高峰空调负荷的需要，而蓄能材料则由固相熔化成液相。这样，空调机组的大部分耗电发生在夜间用电低谷期，从而实现用电负荷“移峰填谷”。同样道理，在夜间电网低谷时间(同时也是空调负荷很低的时间)，空调机组可以开机制热并将热量储存在相变蓄能材料中，蓄能材料因储存热量而熔化成液体；待白天电网高峰用电时间(同时也是空调负荷高峰时间)，再将热量释放出来满足高峰空调负荷的需要，而蓄能材料则由液相凝固成固相。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、有助于使室内保持需要的温度和湿度，而且可以均衡或者部分消除采暖和空调负荷，或者将高峰负荷转移到低谷，因此可以降低建筑物采暖和空调能耗。2、可以有效地吸收和储存建筑物所获得的一些低温热能，如人和机器放出的热量、可回收利用的工业废热、建筑物日间从外界吸收而夜间释放于环境的热量以及太阳能系统白天收集的热量等，然后慢慢释放出来，因此可以调整这些能量在供给和需求时间上的不一致性。3、可提高建筑物的热惯性，使室内温度变化幅度减小，因此可使采暖和空调设备减少开停次数，从而使这些设备的运行效率得到提高。另外，由于建筑物热惯性的提高而使采暖和空调负荷比较均衡，即减少高峰负荷。这样，对同一建筑物就可选用较小的采暖和空调设备，由此可降低设备购置和维护费用。4、该蓄冷材料无毒、无腐蚀性，无过冷和相分离现象，相变体积变化小，性能稳定、重复性好，可长期使用。5、该蓄冷材料制备方法简单，相变温度范围可根据需要进行调节，具有较好的灵活性。6、在建筑节能领域，通过墙体材料与蓄能材料复合，可以增加建筑物的温度调节能力，达到节能和舒适的目的。该蓄能材料的相变温度(19-24℃)与房间内的调节温度(18-25℃)相吻合，相变潜热较高(120-150kJ/kg)，无过冷和相分离现象，无毒、无腐蚀性，性能稳定、重复性好。
四、附图说明
附图是本发明所述的癸酸、月桂酸加热熔化后混合成共熔混合物的相变温度和相变潜热示意图(用示差扫描量热仪测得)。
五、具体实施方式
实施例1：将癸酸和月桂酸按质量比2∶1加热熔化后混合成共熔混合物，附图所示为其相变温度和相变潜热(用示差扫描量热仪测得)。经测定其熔化温度为23.891℃，熔化潜热为136.215kJ/kg，凝固温度为19.596℃，凝固潜热为135.951kJ/kg。
再将该共熔混合物加热至完全熔化状态，复合到建筑基体材料中。制备过程中，将普通石膏板在40±5℃的温度下保温5小时，然后浸入盛有相变蓄能材料的储槽中，在40±5℃的温度下浸泡8分钟。浸渍前后将所有板称重，以确定相变蓄能材料在建筑基体材料中的吸收率。该蓄能石膏板的平均吸收率为27.5％。
实施例2：癸酸和月桂酸按质量比1∶1加热熔化后混合成共熔混合物，建筑基体材料为混凝土板，先将共熔混合物封入胶囊中，然后将胶囊填充到或装入建筑基体材料中。
实施例3：癸酸和月桂酸按质量比8∶1加热熔化后混合成共熔混合物，建筑基体材料为泡沫板。其余同实施例1。
Claims (7)
1、一种蓄能建筑材料，由癸酸、月桂酸组成的混合物与建筑基体材料复合而成，癸酸与月桂酸按质量比2∶1。
2、根据权利要求1所述的蓄能建筑材料，其特征在于所述的混合物浸渍在建筑基体材料中。
3、根据权利要求1所述的蓄能建筑材料，其特征在于所述的混合物填充在建筑基体材料中。
4、根据权利要求3所述的蓄能建筑材料，其特征在于所述的混合物封入胶囊中，胶囊填充在建筑基体材料中。
5、根据权利要求1、2或3所述的蓄能建筑材料，其特征在于所述的建筑基体材料为石膏板、混凝土板或泡沫板。
6、权利要求1所述的蓄能建筑材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)将癸酸和月桂酸分别加热至60-70℃，熔化后，按癸酸与月桂酸质量比2∶1的比例混合形成共熔混合物；
(2)将所述的共熔混合物加热至熔化状态后，复合到建筑基体材料中，即形成蓄能建筑材料。
7、根据权利要求6所述的蓄能建筑材料的制备方法，其特征在于在步骤(2)中，所述的复合方法是：先将建筑基体材料保温，保温的温度为40±5℃，保温时间为3-5小时，然后放入盛有共熔混合物的储槽中浸泡，浸泡温度为40±5℃。
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