相变储能装饰材料在我国北方地区室内装饰装修中的应用

2015-06-19李季

吉林建筑大学学报 2015年4期

李季

(吉林动画学院设计分院，长春 130012)

室内装饰装修是指依据室内设计的安排，对室内的围合界面和室内空间进行工程性施工或陈设上的布置，使其界面或空间达到工程上的整体完善、感官上的装点美化和使用上方便顺意的目的.室内装饰装修是实现室内设计效果的工程性行为(施工)和非工程性行为(摆设布置)的总体作为.

目前，我国装饰装修行业顺应时代发展而迅速成长为朝阳行业.据国家有关部门统计，每年有装饰工程需求的新旧房屋超过1亿万套，装饰装修工程市场突破6 500亿元，具有广阔的发展前景.然而，由于我国建筑业存在的一些问题及人们的意识误区，装饰装修工程存在着诸多弊端和安全隐患，人们往往以饰面美作为装饰工程的最终效果，忽略了操作工序和对工程质量起关键作用的隐蔽部位.防腐、防火、防潮、保温隔热等功能性构造与处理等，往往由于设计和作业人员的盲目无知而敷衍了事，或者偷工减料、偷减工序、野蛮施工等留下很多隐患.尤其是装饰工程中缺乏行之有效的节能法规，沿用传统的能源消耗方式，高污染、高能耗、高排放现象比比皆是，平均每年造成的浪费达300多亿元［1］.因此，为保证我国的长期可持续发展，必须转变各行各业的能源消费方式和经济增长模式，使能源消费从高能耗、高污染、高排放向低能耗、低污染、低排放方式转变.相变储能材料作为一种新型的建筑节能材料，具有储能密度大、使用方便、比热容高等一系列优点，能够有效提高能源利用率，较好的解决能源供求在时间和空间上不匹配的矛盾，缓解能源短缺的难题，有望成为低碳经济时期的节能先锋.国内外研究人员从相变材料的制备方法、相变储能材料的适用条件、不同相变储能材料的热特性能等方面展开了大量的研究工作，并取得了一系列的成果，现阶段相变材料主要应用在太阳能利用、电力调峰、废热和余热的回收利用，以及工业与民用建筑采暖与空调的节能等领域.但在装饰工程中的应用研究几乎处于空白.

我国现阶段的建筑节能体系，主要集中在建筑围护结构的节能研究方面，而室内装饰装修工程的节能研究尚未引起人们的普遍关注，尤其是室内装饰材料的节能问题一直未引起重视.本文将通过探讨相变储能装饰材料与装饰工程应用的可行性，为我国北方建筑室内节能提出一个全新的展望.

1 相变储能材料概述

相变储能材料(Phase Change Material)是指在其物相变化过程中，可以与外界环境进行能量交换(从外界环境吸收热量或者向外界环境放出热量)，从而达到控制环境温度和能量利用目的的材料.与显热储能相比，相变储能具有储能密度高、体积小、温度控制恒定、节能效果显著、相变温度选择范围宽、易于控制等优点［2］.

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.其中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，为比较适合的建筑用储能材料.由于相变储能材料在使用过程中会出现液相，因此，相变材料的封装问题成为了制约相变材料应用的最大问题.目前，世界上主流的封装方式有以下几种:①微胶囊法;②载体封装法;③多孔吸附法.多孔吸附法由于其在使用过程中，相变储能材料没有液相的产生，宏观上为固-固相变，简化了工艺并降低成本，成为了一种主流的封装方式.

2 我国室内装饰装修工程的发展过程

室内装饰装修工程是指按照室内设计图纸以期形成合乎要求的室内环境而进行的室内工程施工.室内装饰装修工程主要包含:抹灰工程、门窗工程、吊顶工程、轻质隔墙工程、饰面板(砖)工程、幕墙工程、涂饰工程、裱糊与软包装工程、细部工程及建筑地面工程，详见表1［3］.

表1 室内装饰装修工程分项

优秀的室内装饰装修工程需要合理运用科学的施工技术及具体的装饰材料来实现.室内装饰材料和构造对于装饰装修工程的重要意义主要表现在以下4个方面:①物化的材料和一定的制作、生产和施工技术手段是实现装饰理念的必经之路，其中，装饰材料是建筑和装饰活动的物质基础，工艺是技术保障;②各种装饰设计要素(如:形、光、色、质等)只有通过具体的材料才能得以实现，即使材料和构造的细微差别，都会造成最终效果的相去甚远;③装饰的根本出发点是以人为本，为人所用，视觉感官不是评判其优劣的唯一标准，除此之外，是否好用和耐用以及经济等因素也是评判其优劣的重要标准;④装饰材料的总耗费一般占整个装修费用的60% ～70%，其对项目工程的总成本具有重要影响.室内装饰工程在我国经过二十余年的发展已具有一定的技术水平，传统装饰材料的使用功能比较单一，随着装饰技术的不断进步，装饰材料的功能也越来越多元化，例如，现在的室内装饰材料要求具有绿色环保、自清洁、保温节能、呼吸效应等功能，这对改善室内装修环境及建筑节能有着重要的意义.

3 相变储能装饰材料在装饰装修工程中的可行性分析

众所周知，能源是人类赖以生存的基础.近几十年，随着全球工业的高速发展，全球能源也日益短缺.据不完全统计，2012年我国既有建筑400亿m2，每年新建建筑约20亿m2，建筑能耗已占我国能源消耗总量的20%以上，是节能的重点领域之一［4］.我国建筑节能的手段目前主要是采用EPS外墙外保温的方式对外墙围护结构进行节能设计，但由于EPS外墙外保温系统的缺点(安全防火性差、易脱落等)，存在很大的安全隐患.

相变储能材料作为一种新型的主动式储能材料，在物相发生变化时能向环境中释放或从环境中吸收能量，比普通材料具有更高的储能功能;相变过程中材料自身温度几乎不变，却可控制室内温度，提高室内热舒适度;且具有储密度大、使用方便、比热容高等一系列优点，是一种及其优良的节能环保材料.现阶段国内外主要是在采暖空调及外墙围护结构使用，取得了一定的节能效果.但由于墙体围护结构的热阻较大，导致相变储能材料用作外墙储能使用时，室内温度调节的能力较差，但将相变储能技术应用在装饰工程中，可有效调节室内空气温度，降低供暖、空调系统的负荷，缓解当前装饰工程中存在的高能耗现状，是其未来的一个发展趋势.相变储装饰材料是相变储能材料和装饰材料按照一定比例、采用特定的制备工艺制备而得，它由相变储材料和装饰材料两部分构成.

根据装饰材料的使用特点，因此相变储能材料应用到装饰工程必须与装饰材料具有很好的相容性，要求相变材料不易泄露、对装饰材料基体无腐蚀性、耐久性良好、无毒、无异味、使用安全、不易燃、不易变质等特点.文献［4］针对我国北方建筑物结构及供暖特点，采用硅藻土吸附癸酸、月桂酸二元相变体系所制备的新型固固相变材料，由于其相变温度适合(21℃)、储热能力较大(176.8J/g)，完全可作为北方室内储能材料使用.

3.1 相变储能装饰材料在装饰工程中的应用形式

3.1.1 相变储能材料与抹灰工程材料结合

抹灰工程是室内装饰工程中施工面积最大的一项.一般主要在建筑物的各个界面即:内外墙面、地面、顶棚上进行的一种装饰工艺.传统材料为各种水泥砂浆，传统砂浆抹灰层只具有装饰效果，存在着隔热保温性差、热容小、昼夜温度波动大等问题，很难满足夏季隔热和冬季保温要求.因而，在抹灰工程中就需要解决砂浆面层存在的问题，改善室内工作条件的同时满足功能要求，相变储能砂浆正是解决这一问题的绝佳选择.

利用硅藻土作为多孔材料，真空吸附癸酸、月桂酸二元相变体系所制备的新型固固相变材料在吉林建筑大学材料学院已经研发成功［4］.这种颗粒型复合相变材料粒径较小(3mm～5mm)，在使用过程中，由于毛细孔效应，相变材料颗粒不会发生渗漏现象，因此可以替代传统砂浆中的砂，制备相变储能砂浆.采用这种相变储能砂浆的墙体，可在冬季吸收太阳能减少取暖能耗，另外，可吸收暖气余热减少室内温度波动.

3.1.2 相变材料在吊顶工程中的应用

吊顶工程所采用的建筑材料主要为各种石膏板，室内装饰工程中要求吊顶除满足装饰的基本前提下，还应兼具隔热、吸声、防火等功能［5］，传统的石膏板由于孔隙率较高，具有一定的吸声、保温效果，但不具备主动调节室内温度的功能，从节能角度上看是一种被动式的节能方式.因此如果将相变储能材料与石膏板复合，制备一种新型储能装饰板材，抑制室内温度的波动，其蓄能和节能效果相当明显.制备方法可采用相变储能颗粒按质量比20%，掺入石膏中制成储能石膏板，在室外热量向室内传递的过程中，相变材料遇热而熔融，吊顶隔热层密度加大，减缓室温上升的速度;当室温下降时，熔融的相变材料向室内释放热量而凝固，作用如同室内空气调节系统，可使室内温度平均保持在22℃，相对湿度保持40% ～60%之间，冬暖夏凉，舒适宜人.

3.1.3 相变材料在楼地面供热工程中的应用

由于我国北方地区冬季较长、气候寒冷，采暖的方式基本采用集中供热方式，近年来，北方地区新型住宅其散热方式多采用低温热水地面辐射采暖系统(俗称地热).低温热水地面辐射采暖是以低于80℃的热水做热媒，将加热元件敷设于地面中的采暖方式.其构造一般由地面层、填充层、热绝缘层、防水层、找平层以及加热管组成，其中填充层的传统做法是采用40mm厚的细石混凝土进行施工.北方地区集中供热多采用分段式供暖，这种方式导致供暖量集中，热量流失快，一天之中室内温度不均衡，室内舒适度下降，这主要是由于细石混凝土储热能力差所导致，如果填充层的混凝土中加入相变材料制备的多孔陶粒，则可有效地改善室内温差较大现象，提高室内居住的舒适程度［5］.