[发明专利]一种中空相变储能陶粒及其制备方法

说明书

本发明公开了一种中空相变储能陶粒及其制备方法，涉及相变储能材料技术领域。本发明的制备方法为：通过抽真空抽出中空陶粒内部孔隙和空腔中的空气，然后在真空环境下将中空陶粒浸泡在有机相变物质中，持续浸泡30‑40min即可得到相变储能陶粒。本发明的储能陶粒无需进行二次包装处理，具有强度高、储存量大、泄漏率低、相变换热效率高等特点，同时制备方法简单，能够满足建筑领域的应用，具有重要的工业化生产意义。

技术领域

本发明涉及相变储能材料技术领域，特别是涉及一种中空相变储能陶粒及其制备方法。

背景技术

近年来，建筑能耗约占世界总能耗的三分之一，其中超过一半的能源消耗来自空间冷热控制。因此，应采取一些节能技术来降低能耗。许多研究者指出蓄热在调节室内温度、将高峰负荷向低谷负荷转移、降低空间冷暖能耗等方面发挥着重要作用。相变材料(PCM)在相变过程中具有良好的蓄热能力和较窄的温度变化范围，因此引起了广泛的关注。目前，将建筑构件与PCM结合成为建筑节能领域的一种有效途径。

然而，PCM与建筑构件的有效结合是一个具有挑战性的课题。目前，有机固-液PCM因其潜热大、体积变化小、性能稳定等优点，被广泛应用于建筑围护结构中。但是，如果将PCM与建筑材料直接结合，固-液PCM在相变过程中会发生泄漏。这一现象不仅会影响PCM的热效率，还会影响建筑材料的力学性能和耐久性。因此，为了解决泄漏问题，人们研究了各种封装技术，如微胶囊封装技术、宏观封装技术和多孔材料吸附技术。

相对于微胶囊封装技术和宏观包封技术，多孔材料吸附技术因其工艺简单、价格低廉等优点越来越受到人们的重视。用于吸附PCM的多孔材料一般分为粘土基矿物材料和陶粒两大类。但是，直接添加在混凝土混合料中的粘土矿物基相变材料经常会分散不均而且所粘附在表面的PCM可能会干扰水化产物，因此并不是最佳选择。陶粒吸附技术因其能更有效、更方便地与建筑材料结合而得到广泛的研究。

许多研究者利用毛细管力、氢键和范德华力等作用，制备了高孔隙度的陶粒复合材料。Zhang等人通过在多孔陶粒中掺入PCM制备了储能混凝土，多孔陶粒吸收PCM的最大百分比为68％，所制备的复合相变材料具有较大的储热密度，适于大规模加工。Menmon等制备了一种用于功能混凝土的石蜡/陶粒骨料，室内热性能试验表明，石蜡/陶粒混凝土具有降低温度波动和降低能耗的作用。

然而，仍有许多问题需要解决。例如，(a)高孔隙率的陶粒通常对应的是低强度和松散的颗粒结构，这限制了混凝土的强度。Yang提出了一种应用于建筑围护结构的轻质骨料复合PCM。按照混凝土生产标准制备了6块不同质量分数的相变混凝土，其最大压应力为0.54MPa，当相变陶粒质量分数为20％时，抗压强度下降近30％。(b)真空吸附法吸入陶粒的PCM容易渗漏，需要使用涂层防止渗漏。在Cui的试验中发现了这一现象，通过测量试样的质量损失来评价轻骨料的密封性能。结果表明，经过150次热循环后，无涂层的相变骨料质量损失率约为25％；环氧树脂包覆的相变陶粒的质量损失率约为0.81％。在Menmon的研究中，对石蜡/陶粒进行了改性环氧包覆。通过泄漏测试，确定了包封的效果，结果表明，泄漏量小于5％。

然而，环氧陶粒涂层虽然可以防止渗漏，但这种技术也会带来一些新的问题，例如制备工艺复杂，导热系数低，界面相容性差的问题。因此，为了更方便、有效地将PCM应用于建筑围护结构中，有必要开发一种在不需要涂层条件下强度更高、贮存能力更好、渗漏率低的新型载体。

发明内容

本发明的目的是提供一种中空相变储能陶粒及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，使相变储能陶粒强度高，贮存能力好，无需二次包封，并且材料来源广泛，成本低廉，操作简单。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种相变储能陶粒，以中空陶粒为基体，所述基体的中空腔体内储存有有机相变物质；

所述中空陶粒的中空腔体占中空陶粒总体积的40-50％。