[发明专利]一种相变蓄热智能控温墙体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及储能复合材料，具体为一种相变蓄热智能控温墙体材料及其制备方法。

背景技术

当前，建筑能耗的比例正在逐年增加，国外的建筑能耗已经达到40％以上。在节能减排为核心的“低碳经济”逐渐成为主旋律的大环境下，建筑节能新材料的开发受到人们广泛的关注。相变蓄热就是其中一项非常重要的节能技术，它利用相变材料的相变潜热来实现能量的储存和利用，这有助于提高能源利用效率和开发可再生能源，是近年来能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向。利用相变材料的相变潜热来蓄热，蓄能密度大，蓄热装置简单、体积小，而且蓄热过程中相变材料近似恒温，容易实现对室温的定温控制，特别适用于建筑保温节能领域，具有广阔的应用前景，有望成为“低碳经济”时代之建筑节能先锋。

相变蓄热智能控温墙体材料是20世纪80年代美国开始研究的一种含有相变蓄热材料具有自动控温功能的新型建筑材料(M.Telkes，Solar Materials Science，Academic Press，1980：377-404)。相变蓄热材料在受热熔化时发生相变，吸收并储存能量；反之，在受冷凝固时发生相变并释放出能量。利用相变材料的这种储热特性可以使建筑增加自动调温功能，在环境温度较高时，把多余的能量储存起来，在环境温度较低时再把它释放出来，从而实现建筑节能，降低建筑能耗。因此，利用相变蓄热智能控温墙体材料构筑建筑结构，具有以下优点：(1)可以对空调和采暖的负荷进行削峰和移峰，减小空调负荷，从而减少空调装机容量和电量的消耗；(2)降低夏季室内最高温度，提高冬季室内最低温度，减小室内温度的波动范围，提高人体舒适度；(3)减小外墙厚度，达到减轻墙体自重、节约建筑材料的目的。

随着相变材料的优势逐渐被各能源相关领域所认同，相变材料的研究越发深入，目前已经形成了一些比较成熟的相变材料与普通建筑材料的复合使用方式，如中国专利201010179347.9，201010183477.X公开了“一种相变控温大体积混凝土模板及其制备方法”和“多功能粉刷石膏预拌砂浆及其制备方法和应用”。但是将这些技术应用到建筑材料中的研究还尚不成熟，仍存在一些问题，如：相变材料的自身耐久性、经济性及储能循环稳定性等问题；相变材料与普通建材复合使用过程中存在力学强度降低、易燃、相变复合建材的规模化生产工艺复杂等问题。另外，相变材料在建筑材料中的相变储能机理还有待进一步探明；其热力学性能、机械性能、化学稳定性也有待进一步提高；相变材料与普通建筑材料的结合方式还有待进一步探讨。因此，仍需要加强对相变材料与建筑材料的相容性及普通建筑材料与相变材料混合后材料的储热、传热特性的研究。针对相变材料的应用领域，开发多种复合手段和复合技术，研制出多品种的系列复合相变蓄热控温墙体材料具有重要意义。为了加快相变蓄热控温墙体材料在建筑领域中的规模化应用，应首先确定一种潜热较大、热循环稳定性好的复合相变材料，确保其与建筑材料的相容性和复合稳定性，并进一步探索相变蓄热控温墙体材料的工作响应稳定性及应用加工的机械稳定性。

发明空容

针对建筑节能等领域对相变材料的要求和现有的相变建筑材料中存在储能密度小、储能温度不稳定、变化范围大、热循环稳定性差及相变材料与普通建材复合使用过程中存在力学强度降低的问题，本发明的目的在于提供一种潜热较大、热循环稳定性好、力学加工应用性好的相变蓄热控温墙体材料及其制备方法。为了提高相变蓄热墙体材料的蓄热稳定性和热循环稳定性，本发明首先通过微胶囊包覆技术，将相变温度在室温范围内、相变潜热较大的有机相变材料(如石蜡、脂肪酸)制备成微胶囊复合定形相变材料。该材料解决了传统相变材料的流动性、易泄漏的缺陷，通过微胶囊包覆技术，保证了材料具有较高的相变潜热、较好的热循环稳定性和较快的热响应速率。同时，本发明以石膏粉、水泥、混凝土为基体材料，微胶囊复合定形相变材料为智能控温材料，通过共混复合工艺，制得控温性能稳定的相变蓄热智能控温墙体材料。

另外，针对当前相变材料与建筑材料复合工艺中，相变材料含量较低，且相变材料的加入导致建筑材料的力学加工应用强度显著降低的问题，本发明采用纤维增强技术，将长纤维(如玻璃纤维、麻纤维)添加入该控温墙体材料中，显著提高了墙体材料的压剪粘结强度和拉伸粘结强度，使墙体材料具有较好的可加工应用性能，也增大了相变材料在建筑材料中的比例，增强了相变蓄热控温的效果。同时增强纤维也赋予墙体材料较高的导热性能。