[發明專利]一種相變蓄熱智能控溫墻體材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110273000.5
• 申請日: 2011-09-15
• 公開（公告）號: CN102992703A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 孫立賢;張煥芝;許慶陽;趙梓名;徐芬
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;C04B28/14;B28B3/02;B28B1/52;C09K5/06
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明涉及儲能復合材料，具體為一種相變蓄熱智能控溫墻體材料及其制備方法。

背景技術

當前，建筑能耗的比例正在逐年增加，國外的建筑能耗已經達到40％以上。在節能減排為核心的“低碳經濟”逐漸成為主旋律的大環境下，建筑節能新材料的開發受到人們廣泛的關注。相變蓄熱就是其中一項非常重要的節能技術，它利用相變材料的相變潛熱來實現能量的儲存和利用，這有助于提高能源利用效率和開發可再生能源，是近年來能源科學和材料科學領域中一個十分活躍的前沿研究方向。利用相變材料的相變潛熱來蓄熱，蓄能密度大，蓄熱裝置簡單、體積小，而且蓄熱過程中相變材料近似恒溫，容易實現對室溫的定溫控制，特別適用于建筑保溫節能領域，具有廣闊的應用前景，有望成為“低碳經濟”時代之建筑節能先鋒。

相變蓄熱智能控溫墻體材料是20世紀80年代美國開始研究的一種含有相變蓄熱材料具有自動控溫功能的新型建筑材料(M.Telkes，Solar?Materials?Science，Academic?Press，1980：377-404)。相變蓄熱材料在受熱熔化時發生相變，吸收并儲存能量；反之，在受冷凝固時發生相變并釋放出能量。利用相變材料的這種儲熱特性可以使建筑增加自動調溫功能，在環境溫度較高時，把多余的能量儲存起來，在環境溫度較低時再把它釋放出來，從而實現建筑節能，降低建筑能耗。因此，利用相變蓄熱智能控溫墻體材料構筑建筑結構，具有以下優點：(1)可以對空調和采暖的負荷進行削峰和移峰，減小空調負荷，從而減少空調裝機容量和電量的消耗；(2)降低夏季室內最高溫度，提高冬季室內最低溫度，減小室內溫度的波動范圍，提高人體舒適度；(3)減小外墻厚度，達到減輕墻體自重、節約建筑材料的目的。

隨著相變材料的優勢逐漸被各能源相關領域所認同，相變材料的研究越發深入，目前已經形成了一些比較成熟的相變材料與普通建筑材料的復合使用方式，如中國專利201010179347.9，201010183477.X公開了“一種相變控溫大體積混凝土模板及其制備方法”和“多功能粉刷石膏預拌砂漿及其制備方法和應用”。但是將這些技術應用到建筑材料中的研究還尚不成熟，仍存在一些問題，如：相變材料的自身耐久性、經濟性及儲能循環穩定性等問題；相變材料與普通建材復合使用過程中存在力學強度降低、易燃、相變復合建材的規模化生產工藝復雜等問題。另外，相變材料在建筑材料中的相變儲能機理還有待進一步探明；其熱力學性能、機械性能、化學穩定性也有待進一步提高；相變材料與普通建筑材料的結合方式還有待進一步探討。因此，仍需要加強對相變材料與建筑材料的相容性及普通建筑材料與相變材料混合后材料的儲熱、傳熱特性的研究。針對相變材料的應用領域，開發多種復合手段和復合技術，研制出多品種的系列復合相變蓄熱控溫墻體材料具有重要意義。為了加快相變蓄熱控溫墻體材料在建筑領域中的規模化應用，應首先確定一種潛熱較大、熱循環穩定性好的復合相變材料，確保其與建筑材料的相容性和復合穩定性，并進一步探索相變蓄熱控溫墻體材料的工作響應穩定性及應用加工的機械穩定性。

發明空容

針對建筑節能等領域對相變材料的要求和現有的相變建筑材料中存在儲能密度小、儲能溫度不穩定、變化范圍大、熱循環穩定性差及相變材料與普通建材復合使用過程中存在力學強度降低的問題，本發明的目的在于提供一種潛熱較大、熱循環穩定性好、力學加工應用性好的相變蓄熱控溫墻體材料及其制備方法。為了提高相變蓄熱墻體材料的蓄熱穩定性和熱循環穩定性，本發明首先通過微膠囊包覆技術，將相變溫度在室溫范圍內、相變潛熱較大的有機相變材料(如石蠟、脂肪酸)制備成微膠囊復合定形相變材料。該材料解決了傳統相變材料的流動性、易泄漏的缺陷，通過微膠囊包覆技術，保證了材料具有較高的相變潛熱、較好的熱循環穩定性和較快的熱響應速率。同時，本發明以石膏粉、水泥、混凝土為基體材料，微膠囊復合定形相變材料為智能控溫材料，通過共混復合工藝，制得控溫性能穩定的相變蓄熱智能控溫墻體材料。

另外，針對當前相變材料與建筑材料復合工藝中，相變材料含量較低，且相變材料的加入導致建筑材料的力學加工應用強度顯著降低的問題，本發明采用纖維增強技術，將長纖維(如玻璃纖維、麻纖維)添加入該控溫墻體材料中，顯著提高了墻體材料的壓剪粘結強度和拉伸粘結強度，使墻體材料具有較好的可加工應用性能，也增大了相變材料在建筑材料中的比例，增強了相變蓄熱控溫的效果。同時增強纖維也賦予墻體材料較高的導熱性能。