摘要：目前国家对建筑节能提出了较为严格的条件，通常需要民用建筑节能达到60%，传统的建筑节能材料只具有保温隔热的效果，很难满足节能的需求。因此开发新型的建筑节能产品成为研究的热点。本文论述了如何通过在建筑材料中加人相变材料制成具有储存潜热能力的围护结构的方法、相变建筑材料的热工性能和节能效果。并探讨了相变材料在建筑节能方面的发展和应用前景,以实现建筑节能和热舒适的双重目的。
关键词：相变材料；节能；建筑
一、相变建筑材料的特点和类型
1.1相变材料及其特点
相变材料是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。其具有独特的潜热性能，在相变化过程中，可以从环境吸收热量或向环境放出热量，从而达到热量存储和释放的目的。相变材料与传统建材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。
用于建筑节能的理想相变材料，应该满足以下要求：
（1）相变温度正好是室内设计温度或供暖、空调系统要求控制的温度；
（2）具有足够大的相变潜热；
（3）相变时膨胀或收缩性要小；
（4）相变的可逆性好，相变过程的方向仅以温度决定，不存在过冷和降解现象；
（5）无毒性、无腐蚀性、无泄漏、防火、不污染环境；
事实上，能够满足上述各种条件的理想相变材料几乎是没有的。在实际应用中，主要是依据前两项条件来选择合适的相变材料，再采取适当的措施克服材料的缺点。
1.2相变建筑材料的类型
依据物质相态过程的变化，可以将相变材料分可分成固固相变材料、固液相变材料、固气相变材料和液气相变材料等四类。但固气相变材料和液气相变材料在相变过程中有大量气体存在，材料体积变化较大，在建筑领域很难应用。所以实际应用中主要为固固相变材料和固液相变材料。固固相变材料主要是通过相变前后晶格结构的改变而可逆地吸、放热。主要包括交联高密度聚乙烯、层状钙钛和多元醇。固固相变材料具有体积变化小、无毒、无腐蚀和寿命长等优点，但同时也存在着价格高、热传导性能差等缺点。固液相变材料主要是通过固液相变进行可逆的吸、放热。主要包括结晶水合盐、熔融盐或合金等无机相变材料和高级脂肪烃及高分子聚合物等有机相变材料。其优点是价钱便宜，但存在过冷和相分离现象，导致储能不理想、易泄漏、污染环境、腐蚀性大的缺点。
二、相变材料在建筑节能中的应用
2.1相变储能墙板的应用
相变材料在建筑节能方面的应用可以是多方面的。其中，相变材料在墙板中的应用效果是比较显著的。相变墙板的产生源于20世纪80年代美国对于相变材料在建筑围护中的研究。相变储能墙板根据建筑材料的不同也有三种不同的形式，其一是在室内的建筑中，将石膏板作为基础材料应用于外墙的内壁上，可以使建筑室内的温度波动幅度有所减缓，如此可以保持室内的温度平衡，是室内环境更加舒适。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其二是可以将相变材料混入到混凝土中，将其作为建筑外墙的材料，可以使得室内的温度变化更加小。其三是通过保温隔热的材料生产出高性能的建筑保温材料。相变墙板主要适用于建筑的围护，在室内温度升高到相变储能墙板的温度范围内时，其中的相变材料就会发生相变过程，是室内多余的热量的以吸收；若是室内的温度偏低时，相变储能墙板中的相变材料又会发生相变，释放出一定的热量，使室内的温度保持在合适的范围内。相变材料的储能特性使围护结构中进行传热的的行为大大减缓，而且由于相变材料融合了围护结构中的热惰性，使室内环境的舒适度不断提高。在国内外的建筑中，使用相变墙板可以使得温度波的波幅发生改变，在第四气候区甚至可以是其降低2-3摄氏度。相变储能墙板的使用在很大程度上可以代替机械制冷以及散热的设备。
2.2储能混凝土的应用
在建筑方面相变材料应用中，比较广泛的是储能混凝土。它是以复合相变材料为基础制成的。将储能混凝土运用于建筑节能方面，比普通的混凝土材料更加的牢固。它拥有普通混凝土材料不具备的热容，还可以使室内的温度逐渐稳定，从一定程度上说，储能混凝土甚至可以改善室内的热舒适性，更加容易达到节能的效果。在20世纪中期，一些专家对无机水合盐类的相变材料进行了蓄热能力测试，并且用红外线光谱对其体系进行了分析。结果证明相变储能混凝土有很大的开发价值。相变储能混凝土产生于20世纪中后期，它最初是利用无机相变材料组成的。但是由于这类相变材料对于混凝土有一定的腐蚀作用，所以相关专家将脂肪酸类的有机相变材料融入其中，然后随其进行直接浸泡，有效地解决了无机相变材料对混凝土的腐蚀作用，形成了相变储能混凝土。其主要的形成过程是将相变材料与较大体积的混凝土进行混合，使得混凝土能够运用到水工大体积混凝土结构中。相变储能混凝土是利用相变材料的储能密度大，在相变过程中可以释放和吸收热量的特性。相变混凝土可以使大范围的混凝土内部温升速率降低，使峰值出现的时间得到缓和，还使得大体积混凝土内部的降温措施得以取消，既简化了建筑施工的难度，还是建筑工程造价有所下降。但是目前，相变混凝土还处于研发中，具有一定的技术可行性，但是由于某些设备的不完善，尚处于研究阶段。
2.3隔热保温材料的应用
相变材料还可以运用到日常的建筑材料中，使其具有一定的隔热保温效能。材料是建筑的基础，在材料中掺入相变材料，可以有效的降低能源的消耗，在一定程度上促进了国内外经济的发展。所以，相变材料与普通材料的融合，保温隔热材料的产生是近年来建筑领域广泛关注的课题。相变材料的融合可以是有机材料之间的融合，也可以是无机材料之间的融合，例如，德国科学家曾将相变材料融合到微胶囊中，由于纤维膜材料材质比较轻，弹性较大，且还有防震的特性，所以在将融合后的材料与纤维膜材料融合，就可以制成建筑用的隔热保温材料。研究表明，这种材料不仅可以增加纤维膜本身的蓄热能力，还可以改善建筑物室内的环境，降低能源的消耗。除此之外，美国专家还曾成功研制出用于建筑保温的晶类相变材料。这种材料的温度在一般情况下保持在23.3摄氏度，一旦温度超过，晶类相变材料就会融化并且储存热量，当温度低于此温度时，材料就会凝固成晶体，散发热量。若是在墙板或是混凝土中融入此种材料，可以使室内温度保持在适宜的温度。
结束语：
将普通建材与相变材料制成相变储能复合材料，能够减轻建材重量、大大降低房间室温波动、提高室内热舒适性和节能保温性能。今后相变建筑材料的研究将向着高效复合相变材料的方向发展。随着高分子技术的进步，相变复合材料的耐久性和经济性问题也将逐步得到解决，并最终导致其可以广泛应用于建筑节能领域。与此同时，有关相变材料对于基材结构的应力作用及其保温隔热性能的测定也将成为新的研究热点。
总之，在构建节约型社会和创建环境文明的宏观政策下，新型建筑材料将逐步取代能源消耗多、环境污染大、重质建筑材料。随着高层建筑的发展，工程上对新型轻质建筑维护结构的要求越来越高，对建筑节能也将日益重视，这些都必将极大地促进相变储能复合材料的发展。
参考文献
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论文作者:张孟洁
论文发表刊物:《新材料.新装饰》2018年10月上
论文发表时间:2019/6/24
标签：材料论文; 混凝土论文; 温度论文; 建筑论文; 储能论文; 建筑节能论文; 室内论文; 《新材料.新装饰》2018年10月上论文;