014 相變蓄能炕面板的研制

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1、相變蓄能炕面板的研制*基金項(xiàng)目：國家“十一五”科技支撐計(jì)劃子專題（2008BAJ08B12），國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技支持計(jì)劃（2008-K6-11）作者簡介：馮革宇（1982－），男，碩士研究生；主要從事相變儲(chǔ)能和新能源利用研究。沈陽建筑大學(xué)馮革宇馮國會(huì)張雪研劉博智李旭林勝興摘要：將相變材料（PCM）與傳統(tǒng)的炕體材料復(fù)合制成了相變儲(chǔ)能建筑材（PCBM，phasechangebuildingmaterials），它同時(shí)具有承受載荷和儲(chǔ)存能量的雙重功能，即結(jié)構(gòu)-功能一體化材料，此種炕面板的應(yīng)用能達(dá)到很好的節(jié)能效果。比

2、較多種類型的蓄能材料的性能，結(jié)合炕自身供暖特點(diǎn)，選取合適PCM和合適的結(jié)合方法與炕板基體材料復(fù)合，制成復(fù)合相變蓄能炕板，是一種結(jié)構(gòu)-功能一體化的新型炕板。復(fù)合成PCBM炕板將更好的蓄熱保溫，有助于將能量在不同時(shí)間上遷移，延長炕面保溫時(shí)間，改善炕供暖房間的熱環(huán)境，長期應(yīng)用節(jié)能效果明顯。關(guān)鍵詞：相變蓄能；炕；相變材料；熱環(huán)境1.引言隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源消耗也越來越高，使得資源日益緊缺。尤其近幾年的建筑能耗，上升趨勢明顯，用于供暖空調(diào)的能耗已占建筑能耗的的55%以上,農(nóng)村住宅能耗可見不容忽視。中國農(nóng)村人口占中國總?cè)丝诘?

3、/4以上，2000年農(nóng)村生活用能消耗煤達(dá)370Mt,占國家能源消耗總量1522Mt的24.3%，而生物質(zhì)能占生活用能總消耗的55.17%，可見生物質(zhì)能在農(nóng)村能耗中比例之大，不容小視。德國專家估算照中國現(xiàn)在的建房速度，2015年的能耗將是2000年的5倍，農(nóng)村建筑節(jié)能直接關(guān)系到國家能源安全?；鹂皇寝r(nóng)村消耗能源一個(gè)主要方面，是其冬季取暖的主要方式，火炕舒適與否、節(jié)能與否直接影響到農(nóng)村的人居環(huán)境和農(nóng)村的節(jié)能工作。推廣節(jié)能炕是我國農(nóng)村節(jié)能和農(nóng)業(yè)生態(tài)由惡性循環(huán)轉(zhuǎn)為良性循環(huán)的一個(gè)突破口，可以緩解當(dāng)前農(nóng)村生活燃料嚴(yán)重短缺、浪費(fèi)驚

4、人的現(xiàn)狀。還有利于減少拾材的勞力，提高勞動(dòng)生產(chǎn)的出勤率，是一件利國利民、具有戰(zhàn)略意義的事情。針對(duì)農(nóng)村生活環(huán)境和生產(chǎn)力發(fā)展?fàn)顩r，選用具有價(jià)格低廉，方便易得，蓄熱、保溫、傳熱性能良好的材料是選材的基本原則。沿著這條思路我們發(fā)現(xiàn)相變儲(chǔ)能技術(shù)可以和炕板的研制很好的結(jié)合起來.將相變材料（PCM，phasechangematerials）與傳統(tǒng)建筑材料復(fù)合就是改良炕體材料的切入點(diǎn)，PCM屬于功能材料的范疇，傳統(tǒng)的多孔建筑材料屬于工程材料范疇，將PCM與傳統(tǒng)的炕體材料復(fù)合就制成了相變儲(chǔ)能建筑材料（PCBM，phasechange

5、buildingmaterials），它同時(shí)具有承受載荷和儲(chǔ)存能量的雙重功能，即結(jié)構(gòu)-功能一體化材料.它是一種熱功能建筑材料，能夠?qū)崃恳韵嘧儩摕岬男问竭M(jìn)行儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)能量在不同時(shí)間、空間位置之間的轉(zhuǎn)換.這種材料比較傳統(tǒng)建材增加了熱功能，但是不增加建筑空間。是一種性價(jià)比較高的新型復(fù)合材料.PCBM炕面板的使用將有助于將能量在不同時(shí)間上遷移.尤其適用火炕采暖地區(qū)，黑白溫差大，PCBM制作的炕面板會(huì)將白天多余的熱量遷移到夜間放出，有助于改善人居環(huán)境.采用PCBM制作的炕就會(huì)使人們減少因住戶在夜間感到氣溫低時(shí)采取電采暖所消

6、耗的電量，直接節(jié)能[1-2]。2.炕面板材料2.1炕板基體材料炕面板基體材料的選用圍繞著農(nóng)村常見易得的幾種建筑材料展開，最常見的為混凝土。常用炕面板材料的熱性能指標(biāo)選取可參見表1.表1常用炕面板材料熱性能指標(biāo)材料名稱容重kg/m2比熱kJ/kg·℃導(dǎo)熱系數(shù)W/m·k蓄熱系數(shù)kg/m2·h·℃導(dǎo)溫系數(shù)m2/h混凝土22000.840.2346.892.5×10-3土坯16001.090.2133.081.5×10-3黏土—砂18000.840.8131.401.6×10-3石板24000.920.8964.903.3

7、×10-3從表中可以看出混凝土有其他幾種材料無法比擬的優(yōu)越性.所以優(yōu)選混凝土做炕面板材料?？紤]到普通混凝土的氫氧化鈣和水化鋁酸鈣與本文所選用的PCM中的硫酸根離子反應(yīng)，生成具有膨脹性能的產(chǎn)物石膏和鈣礬石，在一定條件下還會(huì)生成碳硫酸鈣石，從而導(dǎo)致混凝土的破壞。所以選用了新型硫酸鋁鹽水泥來制備混凝土.此種硫酸鋁鹽水泥抗硫酸鹽的侵蝕能力較強(qiáng)，有關(guān)測試表明磷鋁酸鹽水泥砂漿在硫酸鎂溶液中腐蝕360、510天時(shí)，磷鋁酸鹽水泥砂漿抗腐蝕系數(shù)分別高達(dá)0.99和0.95，比普通水泥分別高出27%、46%。新型硫酸鋁鹽水泥是一種制備炕

8、面板基體材料的很好配料。2.2炕基體材料中摻混的PCM選取原則①熱力學(xué)性能:PCM的相變溫度必須在炕板溫度變化范圍10℃-85℃，而PCM的相轉(zhuǎn)變溫度應(yīng)在此范圍內(nèi)，熱導(dǎo)率大、密度大、體積變化率較小、比熱容大，融化潛熱高，使其在相變中存儲(chǔ)和釋放較多的熱量；②化學(xué)性能：無不良?xì)馕?、無毒（對(duì)人體無毒）、腐蝕性小、不易燃性；③動(dòng)力學(xué)性能：具有較高的結(jié)晶成核能力，以此