建筑石膏基相变储能材料的制备与分析★

黄 友 林

(1.重庆工商职业学院，重庆 400052； 2.重庆广播电视大学，重庆 400052)

·建筑材料及应用·

建筑石膏基相变储能材料的制备与分析★

黄 友 林1，2

(1.重庆工商职业学院，重庆 400052； 2.重庆广播电视大学，重庆 400052)

以石膏为载体，癸酸和月桂酸二元混合酸为相变材料，通过实验确定石膏基相变储能材料的制备工艺，并详细分析其容留量、渗出程度及热物性能，得出了一些有价值的结论，以供参考借鉴。

石膏基，相变材料，容留量，渗出程度，热物性能

0 引言

相变材料在发生相变过程中以吸收和释放热量的方式实现热量的储存和释放。相变材料与建筑材料相结合，可以使建筑物具有一定的储热能力，有助于建筑物内部温度的调控，满足环保和低碳的要求。将相变材料引入石膏中，制备的石膏基相变材料具有一定的储热能力。然而，其制备的工艺条件对储热能力有着显著的影响。因此，本文将通过实验确定出石膏基癸酸—月桂酸二元相变材料的制备工艺，进而分析其容留量、渗出程度及热物性能。

1 石膏基相变储热材料制备工艺的确定

本次实验选用的复合相变材料为40%癸酸，60%月桂酸，基体材料为脱硫石膏板和普通纸面石膏板，采用浸渍法，对容留量指标进行分析，进而确定相关实验条件。

1.1 浸渍温度的确定

由于国内外很多学者对于固液相变材料的热性能都给出了50 ℃和70 ℃两个条件下的指标，所以在选择实验温度时采用50 ℃和70 ℃两个温度。本实验浸渍环境为常压，浸渍时间为10 min。各实验组合情况下的容留量如图1所示。

从图1可以看出，浸渍温度对脱硫石膏板的容留量影响较大，70 ℃时的容留量是50 ℃时的3.4倍；浸渍温度对普通纸面石膏板的容留量影响较小。从趋势来看，浸渍温度为70 ℃的容留量较50 ℃容留量大。由于70 ℃时温度比较高，石膏板的表面吸附能比较大，相变材料的内部分子更为活跃，吸附量自然要大些。因此，在条件允许的情况下浸渍温度宜优先选用70 ℃。

1.2 浸渍时间的确定

根据相关的文献本实验选取10 min，30 min，1 h和2 h四个时间，浸渍环境为常压，浸渍温度为70 ℃，各实验组合情况下的容留量情况如图2所示。从图2可以看出，随着浸渍时间的增加，容留量逐渐增大；但是增加的幅度不一样大，在30 min～1 h直线的斜率最大，1 h～2 h的斜率又下降了，所以可以判断出浸渍时间为1 h最好。出现这种状况的原因可能是随着浸渍时间的增加相变材料会发生泄漏。

1.3 浸渍环境的确定

由于在常压和负压条件下石膏板内的孔洞的压强不一样，其直接影响吸附相变材料的多少，故要确定浸渍环境。负压的情况采用前述的真空吸入仪器实验方法，各实验组合情况下的容留量如图3所示。

从图3可以看出，不论何种基体材料，负压环境下的容留量约为常压环境下的两倍。因此，在条件允许的情况下宜选择负压浸渍环境。这是由于在负压的环境下，石膏板内部的孔为真空状态更易吸入相变材料。

综合上述实验结果，确定制备石膏基相变储热材料的工艺条件：浸渍温度：70 ℃，浸渍环境：负压，浸渍时间：1 h。复合相变材料组分如表1所示。

表1 复合相变材料组分

2 石膏基相变储热材料的容留量分析

2.1 不同种类石膏基体和储热配方对容留量的影响

从图4可以看出，基体材料对容留量的影响较大，普通纸面石膏板的容留量是脱硫石膏板的两倍多；相变材料组分对容留量几乎没什么影响，当癸酸比例超过40%后，相变材料组分对容留量的影响不超过3%。由于脱硫石膏板更为密实得多，故普通纸面石膏板的容留量高得多。

2.2 表面活性剂对容留量的影响

根据文献分析得知，本实验选取PVA(其掺量为相变材料的10%)和硬脂酸钠(掺量为2%)作为表面活性剂进行研究。容留量与表面活性剂种类的关系如图5所示。

从图5可以看出，表面分散剂可以提高材料的容留量，其中掺2%硬脂酸钠的影响较10%PVA大。由于硬脂酸钠是离子表面活性剂，与石膏板块可以互相进行交换，而聚乙烯醇是非离子表面活性剂，因此硬脂酸钠更多地附在石膏板表面，从而提高其容留量。

3 石膏基相变储热材料的渗出程度分析

本实验采用的条件为：石膏板放到50 ℃的烘箱中以烘干16 h。

3.1 不同基体材料、不同组分二元体系与渗出程度的关系

从图6可见，渗出程度跟基体材料的种类有关系，普通纸面石膏板要比脱硫石膏板的渗出程度大些，这是由于普通纸面石膏板内部的孔分散更为广和疏松。而相变材料的组分对其几乎都没什么影响。

3.2 封装材料与渗出程度关系

从图7可以看出封装对渗出程度的影响大，可以大幅度降低相变材料的渗出量，而同时对石膏板而言，环氧树脂的封装效果要比苯丙乳液的好。故在石膏板选择封装材料的时候应该选用环氧树脂更为合适。

4 石膏基相变储能材料的热物性分析

将四个组分的脱硫石膏板做DSC测试，数据整理如表2所示。

表2 Ⅰ～Ⅳ组分复合石膏板的DSC结果

从表2可以看出复合石膏板的相变温度和二元的相变材料体系的相变温度相差不大，都在1 ℃以内。而相变焓变化较大，并且我们可以发现每个组分的相变潜热基本上等于二元相变材料的吸热量与相变材料在复合石膏板中的容留量之积，即基本等于二元相变材料的吸热量与二元相变材料在复合石膏板中的质量百分比的乘积。

5 结语

1)以容留量为性能指标，确定了适合于石膏基相变储能墙板制备的浸渍温度为70 ℃、浸渍时间为1 h、浸渍环境为负压。2)普通纸面石膏板的容留量优于脱硫石膏板。表面活性剂可以有效提高容留量，其中硬脂酸钠的效果最好。3)普通纸面石膏板比脱硫石膏板的渗出程度大。采用环氧树脂封装可以明显改善渗出程度。4)相变材料渗透进入石膏后，其相变温度降低很小。复合石膏板的吸热能力主要是由相变材料吸热产生的，相变吸热量大致等于复合石膏板中相变材料的容留量与单位质量相变材料吸热量的乘积。

[1] 张寅平，胡汉平，孔祥东，等.相变储能——理论和应用[M].合肥：中国科技大学出版社，1996.

[2] 张仁元.相变材料与相变储能技术[M].北京:科学出版社，2009.

[3] 崔 娜，谢静超.石膏基相变储能构件的数值模拟分析[J].化工学报，2014(13)：89-90.

[4] 郑立辉，宋光森，韦一良，等.石膏载体定性相变材料的制备及研究[J].新型建材,2006(3)：122-123.

Preparation and analysis of gypsum-based phase change energy storage materials in building★

Huang Youlin1，2

(1.ChongqingAppliedCollegeofTechnology&Business,Chongqing400052,China；2.ChongqingRadio&TVUniversity,Chongqing400052,China)

Taking gypsum as the carrier, and taking the binary mixed acid of caproleric acid and lauric acid as PCM, the paper determines the prefabrication technology of PCM with gypsum foundation, specifically analyzes its capacity, leakaging degree and thermophysical properties, and finally draws some valuable conclusions, with a view to provide some guidance.

gypsum foundation, Phase Change Material(PCM), capacity, leakage degree, thermophysical properties

2015-06-03★：重庆工商职业学院校级科研资助项目(项目编号：YB2013-31)

黄友林(1982- )，男，硕士，讲师，工程师

1009-6825(2015)23-0102-02

TU521

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