针对建筑墙体节能的多元醇二元体系贮热性能实验研究

针对建筑墙体节能的多元醇二元体系贮热性能实验研究

杨挺，沈琳

杨挺，沈琳

（浙江海洋学院船建学院浙江舟山316004）

【摘要】对新戊二醇(NPG－neopentylglycol,C5H12O2)、季戊四醇(PE－pentaerythritol,C5H12O4)和三羟甲基氨基甲烷(TAM－trihytdroxymethyl-aminomethane,C4H11O3N)三种多元醇材料分别组成的NPG/PE,NPG/TAM和TAM/PE二元体系作为固-固相变材料的贮热性能进行了实验研究，得出一组最适合用于建筑墙体的且具有最适合的相变温度和相变焓较高的配合比的二元多元醇体系。【关键词】多元醇；二元体系；相变温度；相变焓；二次实验；建筑节能

YangTing,ShenLing

(SchoolNavalArchitectureandCivilEngineeringCollegeofZhejiangOceanUniversityZhoushanZhejiang316004)【Abstract】Thearticleispresentedinanexperimentalway。Weresearchedthethermalstoragecapacityofbinarysystemassolid-solidPhaseChangeMaterials，whichrespectivelycomposedbythethreepolyhyricalcohols－NPG，PEandTAM－andturnedtoNPG/PE,NPG/TAMandTAM/PE。Iteventuatedbinarysystemofpolyolphase，whicharemostapplicabletobuildingwallsandhaveahighappropriate.【Keywords】Polyols;Binarysystem;Phasetransitiontemperature;Phasetransitionenthalpy;theSecondExperiment;Energy-savingbuildinghasechangematerial简称PCM)是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。它具有独特的潜热性能,即在相变化过程中,可以从环境吸收热(冷)量或向环境放出热(冷)量,从而达到热量存储和释放的目的。相变材料与传统建材(如水泥、石膏)复合成具有储热和温度控制功能的建筑围护结构材料,可以减少室内温度波动,提高舒适度,增大室内空间,减轻建筑物自重,节省制冷和采暖费用。目前,固-液相变贮热材料(水合盐、石蜡、非石蜡类无机物等)已经得到了较广泛的利用,而大多数固-固相变贮热材料因一般具有较小的相变潜热和较高的相变温度一直未能引起重视。和固-液相变贮热材料相比,固-固相变贮热材料虽有上述不足,但它也具有固-液相变贮热材料无法比拟的一些优点,如相变前后体积变化小、使用寿命长、无泄漏、材料对容器的腐蚀作用小等。此外,一些长链的碳氢分子晶体从一种分子结构转变成另一种分子结构(即发生晶型转变)时焓和熵发生很大变化,能可逆释放出大量的潜热,使得固-固相变贮热材料成为近年来的研究和利用的热点之一。目前,具有应用潜力的固-固相变材料主要有多元醇、高密度聚乙烯和层状钙钛矿。而在多元醇中,新戊二醇(NPG－neopentylglycol,C5H12O2)、季戊四醇(PE－pentaerythritol,C5H12O4)和三羟甲基氨基甲烷(TAM－trihytdroxymethyl-aminomethane,C4H11O3N)受到越来越广泛的重视。研究发现,低温下,这些多元醇是各向异性的,当温度升高到各自的固-固相变温度时,分子变为面心立方高对称各相同性晶体,此时连接成正方桥状的分子间氢键断裂,吸收大量的氢键能。但由于单一的多元醇材料往往没有合适的相变温度或较高的相变焓，因此近年来，国内外主要研究集中在二元或多元复合的方向。将2种或3种多元醇按不同比例混合,形成“共融合金”,从而对相变温度和相变焓进行调节,开发出具有合适的相变温度与相变焓的复合相变材料。

1.实验材料与方法1.1实验材料。实验样品为:新戊二醇(NPG,C5H12O2)化学纯,上海峰鹤化工有限公司季戊四醇(PE,C5H12O4)化学纯,上海峰鹤化工有限公司三羟甲基氨基甲烷(TAM,C4H11O3N)化学纯,上海峰鹤化工有限公司无水乙醇化学纯,上海峰鹤化工有限公司1.2实验设备和仪器。实验设备和仪器包括：差示扫描量热仪(DSC)、分析天平、烧杯、加热电炉、红外灯、研磨器等。DSC选用美国TA仪器公司的Q400TMA型量热仪，采用液氮进行冷却，保护气和吹扫气均采用高纯氮，保护气流速为65ml/min，吹扫气流速为15ml/min。1.3实验试样的制备。将新戊二醇(NPG)、三羟甲基氨基甲烷(TAM)、季戊四醇(PE)，3种多元醇类相变材料NPG、TAM、PE以不同的质量百分比混合，形成NPG/PE,NPG/TAM和TAM/PE二元混合物放入研钵中,掺入无水乙醇,用红外灯照射,待乙醇挥发完毕后移去红外灯,将药品冷却至室温,再研磨成粉状。在研磨好的各二元混合物中加入2%的石墨粉后装入直径为5毫米的铝钵,在其上面加一铝片,并将铝片与铝钵边缘挤压,直至铝片边缘断裂而密封样品。实验冷却过程中,采用液氮进行冷却，保护气和吹扫气均采用高纯氮。

2.实验结果和讨论2.1实验结果。在不同的混合比例下分别对NPG/PE,NPG/TAM和TAM/PE二元混合物的贮热性能作了实验测试,并根据第一次实验的结果(表1~表6)进行第二次实验(表7~表10)以得到最合适的二元体配比。由于当室温冬天在18度以上,夏天在25度以下人会感到很舒服，分析以上表格得当NPG所占百分比在90%～60%之间时的相变温度具有研究价值，为得到更精确的实验结果，对NPG含量在90%～60%之间的NPG/PE二元体系和NPG/TAM二元体系进行二次实验。考虑到PE/TAM二元体系的相变温度过大，很难在建筑墙体中得到应用，因此没有记录该二元体系的相变焓，并不对其进行第二次实验。2.2实验小结。(1)由于实验试样采用从无水乙醇中结晶法制备,在制备过程中药品挥发少；所以对加热、冷却过程的相变温度和相变焓的测定数据均较为准确。(2)又因为试样采用铝盒密封，因此实验过程中,失重率很小，可以忽略。(3)低NPG分子比例的NPG/PE二元体系第一个固-固相变焓太小,实用性不大。(4)PE/TAM二元体系的相变温度均过大，很难在建筑墙体中得到应用。(5)低温下,当NPG所占百分比为93%左右时,NPG/PE和NPG/TAM二元体系的相变温度和相变焓最符合要求,而且它们作为相变贮热材料的各种贮热性能均较好。(6)于受实验条件的限制,本工作采用在PE、NPG、TAM中加入石墨粉的方法来改善其热传导性。测试表明,加入石墨后,多元醇一元体系和二元体系的热传导性能基本达到要求。

参考文献

［1］马芳梅.相变物质储能建筑材料性质研究的进展［J］.新型建筑材料,1997,(8):40-42.

［2］PauseB.相变材料用于空调建筑的可能性［J］.国际纺织导报,2001,(2):55-58.

［3］CarlVener.Phasechangethermalenergystorage.PHD.Thesis.

［4］HadjievaM,KanevS,ArgirovJ.Thermophysicalpropertiesofsomeparaffinsapplicabletothermalenergystorage［J］.SolarEnergyMaterialsandSolarCells,1992,27(2):181-187

［5］HunterLW,KuttlerJR.Theenthalpymethodforheatconductionproblemswithmovingboundaries［J］.JournalofSolarEnergyEngineering,TransactionsoftheASME,1989,111:239-242

［6］AthienitisA.K,LiuC,BanuD,eta1.Investigationofthethermalperformanceofapassivesolartest-roomwithwalllatentheatstorage［J］.BuildingandEnvironment,1997,32(5):405-410.

［文章编号］1006-7619（2010）03-13-170

［作者简介］杨挺（1987.09-），男，浙江海洋学院船舶与建筑工程学院学生。

沈琳（1986.09-），女，浙江海洋学院船舶与建筑工程学院学生。