相变储能建筑材料的制备与节能评价

【摘要】：随着国家对建筑节能工作的推进和人们对建筑环境舒适化的要求，智能化、生态化已成为建筑材料发展的必然趋势。相变材料可以与传统建材复合成具有蓄热和调温功能的新型建筑材料。它具有储能密度大以及近似恒温下的吸放热等优点，能有效维持环境的舒适度，并降低建筑采暖制冷所需的能耗及费用。 本文采用界面聚合法，以聚脲树脂为壁材，正十八烷相变材料为芯材，合成了微胶囊相变材料（MicroPCM），并对MicroPCM的性能进行了较系统的研究。本文采用干重分析法，研究了壁材单体质量比、芯壁投料比、乳化剂种类、乳化剂用量、乳化搅拌速度以及反应温度对实验效果的影响，结果表明，当DETA:TDI=1:3，芯壁比为1.95:1，乳化剂选用OP-10，用量为2.5g，占乳液体系的2.04%，乳化搅拌转度为1000r/min，反应温度为60℃时可获得最佳的包裹效果。 采用FT-IR、TG、DSC和粒度分析仪等测试手段分析并表征了最优操作条件下所制得的MicroPCM。通过红外测试可初步证明壁材成功包裹芯材。TG测试表明，微胶囊分别在150和230℃处出现分解，囊壁对囊芯的挥发具有一定阻滞作用。DSC测试表明，该微胶囊的相变温度为30℃，相变焓为95.66kJ/kg，相应的包裹效率达72.15%。粒径分析结果显示，微胶囊的粒径基本保持在1μm~7μm之间，颗粒大小相对均匀，平均粒径为3.5μm。 为了能够直观的检验MicroPCM的节能效果，本论文还从宏观角度对MicroPCM的节能效率展开模拟与评价，采取了将MicroPCM与油漆复配的方式，制备了添加有MicroPCM的涂膜玻璃，并以涂膜玻璃为顶部围护结构搭建木质模型房。通过采集并分析在红外灯照射下的模型房温度数据，发现掺有MicroPCM的建筑材料能够有效减缓环境温度的变化趋势。根据自拟的玻璃节能效率定义，与无添加相变材料的模型房相比，两者的峰值温度最高可差1.70℃，节能效率最高可达27.56%，具备良好的节能效果。本论文建立的评价机制，对验证MicroPCM的节能效果提供了一种实用而有效的借鉴方法。 【关键词】：相变材料 微胶囊 建筑节能 界面聚合
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU59
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-28
• 1.1 概述11-12
• 1.2 相变材料的分类12-15
• 1.2.1 按成份分类13-14
• 1.2.2 按温度范围分类14
• 1.2.3 按相变形式和相变过程分类14-15
• 1.3 相变材料微胶囊技术的应用15-19
• 1.3.1 相变材料微胶囊在建筑围护结构中的应用15-16
• 1.3.2 相变材料微胶囊在传热流体中的应用16-17
• 1.3.3 相变材料微胶囊在纤维纺织品中的应用17-18
• 1.3.4 相变材料微胶囊在电子器件上的应用18-19
• 1.4 相变储能建筑材料的研究进展19-26
• 1.4.1 制备相变储能建筑材料的主要方法19-21
• 1.4.2 相变储能建材在建筑中的应用21-26
• 1.5 本论文主要研究内容26-28
• 第二章 相变微胶囊的制备28-37
• 2.1 相变材料微胶囊的制备方法28-31
• 2.1.1 界面聚合法28-29
• 2.1.2 原位聚合法29-30
• 2.1.3 单/复凝聚法30
• 2.1.4 喷雾干燥法30-31
• 2.2 原材料的选取31-32
• 2.2.1 芯材的选取31-32
• 2.2.2 壁材的选取32
• 2.3 实验药品与仪器32-34
• 2.3.1 实验试剂32-33
• 2.3.2 实验仪器33-34
• 2.4 聚脲树脂微胶囊的制备过程34-36
• 2.4.1 微胶囊制备工艺流程34-35
• 2.4.2 微胶囊的制备35-36
• 2.4.3 反应装置图36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 影响因素分析与测试表征37-54
• 3.1 微胶囊的测试与性能表征37-39
• 3.1.1 红外吸收光谱（FTIR）分析37-38
• 3.1.2 热重分析（TG）38
• 3.1.3 差示扫描量热（DSC）分析38
• 3.1.4 粒径分析38
• 3.1.5 微胶囊的包裹率38-39
• 3.2 影响因素分析39-49
• 3.2.1 壁材单体质量比的影响39-40
• 3.2.2 芯壁投料比的影响40-42
• 3.2.3 乳化剂种类的影响42-45
• 3.2.4 乳化剂用量的影响45-46
• 3.2.5 乳化搅拌速率的影响46-48
• 3.2.6 反应温度的影响48-49
• 3.3 产物的测试及性能分析49-53
• 3.3.1 微胶囊分子结构测定49-50
• 3.3.2 TG 曲线50-51
• 3.3.3 DSC 曲线51-52
• 3.3.4 粒径分析52-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第四章 微胶囊的应用测试54-69
• 4.1 实验设计54-63
• 4.1.1 实验设备54-56
• 4.1.2 实验目的、原理及步骤56-59
• 4.1.3 热电偶的测温59-60
• 4.1.4 实验数据的采集60-63
• 4.2 数据处理与分析63-68
• 4.2.1 实验数据处理63-67
• 4.2.2 节能效率分析67-68
• 4.3 本章小结68-69
• 第五章 结论与展望69-71
• 5.1 结论69
• 5.2 展望69-71
• 参考文献71-78
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果78-79
• 致谢79-80
• 答辩委员会对论文的评定意见80

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