CN1317355C - 建筑储能材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种建筑储能材料及其制备方法，该建筑储能材料由十七烷、十八烷、十九烷和二十烷按一定比例混合而成。制备时，将有机相变储能材料加热形成共熔混合物，并将其封装在导热性好的球形或圆柱形中空塑料腔体内，然后再将球形或圆柱形储能体填充到空心砖的空腔内。本发明强化了蓄、放热过程中的传热，并解决了储能材料液相的泄漏和腐蚀问题。在建筑节能领域，通过墙体材料与储能材料的结合，可以增加建筑物的温度调节能力，达到节能和舒适的目的。本发明是一种具有极大实用价值和广阔市场前景的节能建筑材料。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种建筑材料，具体地说是一种建筑储能材料及其制备方法。
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储存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，吸收环境的热量，并在需要时向环境放出热量，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。
目前，我国城乡既有建筑面积约400亿平方米，其中95％达不到节能标准，属于高能耗建筑，新建建筑中也仅有不足20％达到节能标准。建筑在建造和使用过程中直接消耗的能源占全社会总能耗的30％，使用的建材生产能耗占16.7％，如果从现在起就对新建建筑全面实施建筑节能设计标准，并对既有建筑有步骤地推行节能改造，则到2020年，我国建筑能耗可减少3.35亿吨标准煤，空调高峰负荷可减少约8000万千瓦时(约相当于4.5个三峡电站的满负荷出力，减少电力建设投资约10000亿元)，由此造成的能源紧张状况必将大为缓解。
现代建筑向高层发展，要求所用围护结构为轻质材料，但目前普通使用的轻质建筑材料的缺点是：热容较小，导致室内温度波动较大；这不仅造成室内热环境不舒适，而且还增加空调负荷，导致建筑能耗上升。通过向普通建筑材料中加入相变储能材料，可以制成具有较高热容的轻质建筑材料。利用相变储能复合材料构筑建筑围护结构，可以降低室内温度波动，提高舒适度，使建筑供暖或空调不用或者少用能量；可以减小所需空气处理设备的容量，同时可使空调或供暖系统利用夜间廉价电力运行，降低空调或供暖系统的运行费用。
相变储能材料是一种熔化时吸热、凝结时放热的材料。因为潜热比显热大得多，所以在建筑材料中加入适量相变储能材料，即可对其储热能力产生很大的影响。目前，可采用的相变材料潜热达到160kJ/kg左右，而普通建材在温度变化1℃时储蓄同等热量将需要170倍于相变材料的质量。因此，复合相变材料建材具有普通建材无法比拟的热容，对于房间内气温的稳定及空调系统工况的平稳是非常有利的。
目前常用的相变储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储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，影响了其储能能力；而有机物相变储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。但有机物相变储能材料普遍存在导热系数低的缺点，致使其在储能系统的应用中传热性能差、储能利用率低，从而降低了系统的效能。
三、发明内容
针对上述储能材料存在的种种不足，本发明的目的是提供一种建筑储能材料及其制备方法，它是将有机相变储能材料封装在导热性好的球形或圆柱形中空塑料腔体内，然后再将球形或圆柱形储能体填充到空心砖的空腔内。它强化了蓄、放热过程中的传热，并解决了储能材料液相的泄漏和腐蚀问题。在建筑节能领域，通过墙体材料与储能材料的结合，可以增加建筑物的温度调节能力，达到节能和舒适的目的。该储能材料的相变温度(22-27℃)与房间内的调节温度(22-26℃)相吻合，相变潜热较高(140-170kJ/kg)，无过冷和相分离现象，无毒、无腐蚀性，性能稳定、重复性好。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种建筑储能材料，其特征是：它由十七烷、十八烷、十九烷和二十烷混合而成，其质量百分比为：十七烷为3-5％、十八烷为43-48％、十九烷为33-38％、二十烷为10-15％。
一种上述建筑储能材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
A)按质量百分比为：十七烷为3-5％、十八烷为43-48％、十九烷为33-38％、二十烷为10-15％的比例范围混合形成混合物；其中，质量百分比可以是：十七烷为4.2％、十八烷为46.8％、十九烷为36％、二十烷为13％。
B)将该混合物加热至完全熔化状态，并搅拌均匀，形成共熔混合物。
C)将该共熔混合物封装在导热性好的中空塑料腔体内，形成储能体；所述中空塑料腔体可以是球形中空塑料腔体，也可以是圆柱形中空塑料腔体，然后形成储能体。
D)将上述储能体填充到空心砖的空腔内，形成建筑储能材料。当然，也可以将储能体填充到其它建筑材料的空腔内，形成所需的建筑储能材料。
本发明在空调房间的工作机理如下：
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储能材料的相变温度时，储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储能材料的相变温度时，相变储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储能材料的相变温度时，储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储能材料的相变温度时，相变储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储能材料中，储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，而储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储能材料中，储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，而储能材料则由液相凝固成固相。
本发明按一定比例范围混合形成一种由十七烷、十八烷、十九烷和二十烷组成的混合物；并将该混合物加热至完全熔化状态和搅拌均匀后形成共熔混合物；再将该共熔混合物封装在导热性好的球形或圆柱形中空塑料腔体内；最后将该球形或圆柱形储能体填充到建筑材料的空腔内，形成一种建筑储能材料。与现有技术相比，本发明的优点是：
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、该储能材料无毒、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、该储能材料制备方法简单，相变温度范围可根据需要进行调节，可通过改变混合物的质量百分比来调节其相变温度，随着十九烷和二十烷含量的增加，相变温度将逐渐升高，具有较好的灵活性。
四、具体实施方式
实施例1
一种本发明所述的建筑储能材料，按下列质量百分比混合而成：十七烷(4.2％)、十八烷(46.8％)、十九烷(36％)和二十烷(13％)。
将该混合物加热至完全熔化状态，搅拌均匀后形成共熔混合物。经测定其凝固温度为23.5℃、熔化温度为26.8℃，熔化潜热为142.5kJ/kg。
再将该共熔混合物封装在导热性好的球形中空塑料腔体内；并将该球形储能体填充到空心砖的空腔内，形成一种建筑储能材料。
实施例2
一种本发明所述的建筑储能材料，按下列质量百分比混合而成：十七烷(3％)、十八烷(48％)、十九烷(38％)和二十烷(11％)。
将该混合物加热至完全熔化状态，搅拌均匀后形成共熔混合物。经测定其凝固温度为24.2℃、熔化温度为27.2℃，熔化潜热为140.8kJ/kg。
再将该共熔混合物封装在导热性好的圆柱形中空塑料腔体内；并将该圆柱形储能体填充到空心砖的空腔内，形成一种建筑储能材料。
实施例3
一种本发明所述的建筑储能材料，按下列质量百分比混合而成：十七烷(5％)、十八烷(46％)、十九烷(34％)和二十烷(15％)。
将该混合物加热至完全熔化状态，搅拌均匀后形成共熔混合物。经测定其凝固温度为24.9℃、熔化温度为27.5℃，熔化潜热为141.6kJ/kg。
再将该共熔混合物封装在导热性好的球形中空塑料腔体内；并将该球形储能体填充到空心砖的空腔内，形成一种建筑储能材料。
本发明制成的建筑储能材料，有助于使室内保持需要的温度和湿度，因此可以降低建筑物采暖和空调能耗。同时该储能材料无毒、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。
Claims (5)
1、一种建筑储能材料，其特征是：它由十七烷、十八烷、十九烷和二十烷混合而成，其质量百分比为：十七烷为3-5％、十八烷为43-48％、十九烷为33-38％、二十烷为10-15％。
2、一种权利要求1所述建筑储能材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
A)按质量百分比为：十七烷为3-5％、十八烷为43-48％、十九烷为33-38％、二十烷为10-15％的比例范围混合形成混合物；
B)将该混合物加热至完全熔化状态，并搅拌均匀，形成共熔混合物；
C)将该共熔混合物封装在导热性好的中空塑料腔体内，形成储能体；
D)将上述储能体填充到空心砖的空腔内，形成建筑储能材料。
3、根据权利要求2所述的建筑储能材料的制备方法，其特征在于：步骤A)中质量百分比为：十七烷为4.2％、十八烷为46.8％、十九烷为36％、二十烷为13％。
4、根据权利要求2所述的建筑储能材料的制备方法，其特征在于：步骤C)中，将共熔混合物封装在导热性好的球形中空塑料腔体内，形成储能体。
5、根据权利要求2所述的建筑储能材料的制备方法，其特征在于：步骤C)中，将共熔混合物封装在导热性好的圆柱形中空塑料腔体内，形成储能体。
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