相變材料在建筑節能中的運用形式

王西安

(西安森科建筑工程設計咨詢有限公司,陜西 西安 710043)

隨著我國經濟的發展,人均GDP不斷上升,人們對生活的要求更好,對生活條件要求更加苛刻。此時,節能、環保、低碳已經成為社會發展的主旋律。相變材料是一種擁有儲能功能的材料,它能夠在特定的溫度范圍內使物質發生相變,在相變過程中吸收或是放出大量的熱量,因此,能夠用來儲存能量。

1 變相材料

變相材料又稱變相儲能材料(PCMs),它的儲能在于,當溫度高于相變點時,吸收熱量發生變化,形成了熱能的儲備。當溫度低于相變點時,相變儲能材料可以釋放熱量發生逆相變。相變儲能材料最大的特點就是其儲能功能非常強大,在相變過程中自身的溫度幾乎保持不便,又能大量潛熱(吸收或是釋放能量),更近一步的同步了供能時間和速度。儲能材料對室溫的強大控制,符合了建筑節能的要求,適用于建筑保溫領域[1]。

相變材料根據不同的分類方法可以分為多種,按照相態變化可以分為氣固、氣液、固液、固固相變材料。雖然氣固和氣液相變材料的潛熱能要大于其他兩種,但是其在潛熱是會有氣體產生,改變了材料的體力,不利于處理。以此,在實際的建筑節能使用中,使用較多的是固液相變材料和固固相變材料。

2 相變材料在建筑節能中的運用

2.1 相變材料在圍護結構中的應用

建筑的圍護結構是建筑內外之間的隔絕,如何做到建筑外環境不影響建筑內的溫度,并且做到節能,是建筑節能設計師一直在深入探究的問題[2]。在建筑的圍墻當中加入變相材料,可以通過其儲能功能來維持室內溫度的穩定,讓室溫處于讓人舒適的狀態,同時降低了能量的損耗。由于變相材料在建筑節能中發揮強大的作用,國外很多專家都在致力于建筑圍護結構節能的變相材料研究。第一個變相性質的板墻就是Kedl等人利用十八烷石蠟侵入墻板來研究而成。除此之外,還有人通過傅里葉紅外光譜掃描了無機物變相材料的結構,證實了其穩定性,同時使用DSE測試出儲能能力。在社會的不斷發展進步之下,變相材料在建筑節能墻體的嵌入技術越來越先進,國外專家研究出了透明式的外墻,擁有蓄放熱功能的同時,可以利用太陽輻射,提升蓄放熱的效率；還有專家選用的混合物質的的變相材料,通過直接混合法制備出了比普通外墻蓄放熱能力強10倍的墻體[3]。

2.2 變相材料在新型砂漿中的應用

砂漿的保溫性能也是建筑節能的一個體現,在建筑領域中,通常用水泥、膨脹珍珠巖等輕質多孔無機材料、聚合物制成保溫抹面砂漿,其擁有良好的保溫性能并且安全穩定,造價低廉。國內專家使用十八蠟作為變相材料,采用膨脹珍珠巖定型,制成的保溫砂漿各項性能均達到標準,在建筑節能施工中,可以大批量使用。在市場上,我們還會簡單保溫干粉砂漿,它是以乳化法制備,變相石蠟為變相材料,膨脹珍珠巖定型配制而成,有著大蓄熱、小導熱系數等特點。

3 變相材料在建筑節能中存在的問題

變相材料的突出儲能功能,讓建筑節能能夠更加有效的落實,建筑結構也更加穩定,符合了建筑領域的可持續性發展又不失其美觀和舒適。目前,國內外很多專家對變相材料的研究大部分都集中在有機變相材料上。對于變相材料的研究和發展還是存在一些問題,下文將具體分析目前存在的問題。

3.1 變相材料的制備方法還不成熟

目前,變相材料在建筑節能中的制備方法通常有直接深入或是混入、微膠囊等等,微膠囊法相對來說技術要求比較高,隨之而來的是成本上升,最重要的是其添加到建筑材料中,容易引起材料力學性質發生改變,使得材料失去了本身的價值。直接深入法,在操作的過程中,容易產生滲漏,造成損失；直接混入法是將變相材料直接混入建筑材料中,是一種長期性存在的材料,會影響材料本身的一個耐久性能。目前使用的方法都存在一些問題有待研究改善,還需要進一步成熟化變相材料的制備。

3.2 變相材料的評價標準還不確定

變相材料的起步比較晚,發展時間也不夠長,沒有一個具體合理的運用形式也沒有形成一套可以參照的標準制度。由于沒有具體的評價標準,讓變相材料的發展沒有了具體階段的目標和策略,對于室內變相材料導熱分析,還需要建設實驗室進行進一步研究。

4 變相材料的未來發展方向

變相材料已經成為了建筑節能的重點課題,經過上文對變相材料運用和不足之處的分析,我認為在未來變相材料在建筑領域中的發展可以從以下四點內容來進行：①不局限于有機變相材料,開發更多的種類的變相材料,在穩定性、耐久性、經濟性等方面上不斷強化。②改變變相材料在建筑材料中的制備方式,制備出性能穩定的材料。③從一定程度上增強變相材料的力學性,研究更穩定的變相建筑材料。④深入研究定型變相材料,擴大定型變相材料的使用范圍,加快其發展。

5 結束語

隨著建筑領域中節能設計的大力推廣,更多的專家投入到建筑節能領域的研究中,建筑節能率也在不斷的提高。在不斷的發展建設過程中,單一的節能材料已經不滿足建筑節能的需要。變相節能建筑材料成為了新一代的建筑節能技術,但變相節能建筑材料的發展中還存在一些問題,望各界同仁能夠協作,用我們的智慧去創造建筑節能的新時代。