用于建筑节能的相变蓄热材料热性能研究

【摘要】：随着社会的急速发展，节约能源已受到全世界的普遍关注。相变材料在发生相变的过程中吸收或者释放热量，在太阳能利用、建筑节能和空调采暖方面有着广阔的应用前景。利用相变材料发生相变过程将能量储存起来，待需要时又将储存的能量释放出来，还可以解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾。将相变材料使用到建筑围护结构中，利用围护结构吸收和蓄存白天进入室内的太阳辐射热避免室温过高，在夜间释放这些热量，把室内自然温度控制在人体舒适温度范围内，可以降低建筑采暖和制冷的能源消耗，实现建筑节能。 本文在研究了国内外相变蓄热材料研究现状的基础上选择了硫酸钠水合盐为相变材料，它是中低温相变材料中最常见的一种，是许多化工过程的副产品，价格便宜、熔解热较大、导热系数较大。但硫酸钠水合盐在相变蓄热过程中，存在相分离，过冷等问题。在硫酸钠水合盐中添加增稠剂和成核剂可以有效解决其相分离和过冷问题。 本文对活性白土、羧甲基纤维素钠、硅藻土等不同增稠剂进行了实验研究，根据实验现象，选择活性白土作为实验增稠剂。对不同成核添加剂进行实验研究，水合盐混合体系在加入硼砂的基础上，再添加纳米二氧化硅，可以克服过冷现象，而且混合体系相变温度仍能保持在31℃。对硫酸钠水合盐混合体系添加氯化钠进行了实验研究，混合体系随氯化钠含量的增加，相变峰点温度逐渐降低。通过控制混合体系氯化钠的含量，可以制备不同相变温度的蓄热材料。论文用差示扫描量热仪对不同类型的添加剂对混合体系潜热影响进行了实验研究，添加纳米二氧化硅的混合体系潜热最大。 本文最后对相变蓄热材料应用于建筑墙体进行了传热分析，用简化的墙体结构对普通单墙和蓄热墙体在外界温度波作用下的传热过程进行了数值模拟和效果对比。本文的实验研究和理论分析对相变蓄热材料的进一步研究及实际用于建筑结构提供了有参考价值的实验结果和理论依据。 【关键词】：节能 相变材料 增稠剂 成核剂 潜热
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TU551
【目录】：

• 第一章 绪论8-20
• 第一节 研究意义8-9
• 第二节 相变蓄热材料概述9-16
• 2.1 相变材料的相变形式9-10
• 2.2 相变蓄热材料的种类与应用10-14
• 2.3 相变蓄热材料国内外研究概况14-16
• 第三节 相变蓄热材料的选择和存在的问题16-18
• 第四节 本文研究的任务和目的18-20
• 第二章 硫酸钠水合盐相变与结晶理论基础20-35
• 第一节 Na_2SO_4·10H_2O晶体结构20-22
• 第二节 硫酸钠水、盐体系相图22-25
• 第三节 硫酸钠水合盐的相变机理25
• 第四节 硫酸钠水合盐的过冷机理25-27
• 第五节 结晶与成核理论27-33
• 第六节 Na_2SO_4·10H_2O晶体生长与热量运输33-35
• 第三章 硫酸钠水合盐相变实验研究35-64
• 第一节 概述35-36
• 第二节 实验方法与实验系统介绍36-41
• 2.1 实验研究方法介绍36-37
• 2.2 熔化—凝固曲线测定实验系统介绍37
• 2.3 实验数据采集系统介绍37-38
• 2.4 热电偶的选择、制作和标定38-41
• 第三节 添加剂对硫酸钠水合盐体系凝固过程的影响41-58
• 3.1 不同增稠剂对硫酸钠水合盐体系的影响42-44
• 3.2 不同成核剂对硫酸钠水合盐体系的影响44-56
• 3.3 食盐NaCl对混合体系熔点的影响56
• 3.4 六偏磷酸钠对混合体系的影响56-58
• 第四节 硫酸钠水合盐体系的潜热测量58-64
• 4.1 DSC测量系统介绍58-59
• 4.2 不同样本的相变潜热测量59-62
• 4.3 潜热测量误差分析62-64
• 第四章 相变蓄热墙体传热分析64-70
• 4.1 墙体传热模型数学描述64-66
• 4.2 相变墙体温度场数值模拟66-70
• 第五章 结论及展望70-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士学位期间发表(录用)的论文74-75
• 致谢75

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