014 相变蓄能炕面板的研制

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1、相变蓄能炕面板的研制*基金项目：国家“十一五”科技支撑计划子专题（2008BAJ08B12），国家住房和城乡建设部科技支持计划（2008-K6-11）作者简介：冯革宇（1982－），男，硕士研究生；主要从事相变储能和新能源利用研究。沈阳建筑大学冯革宇冯国会张雪研刘博智李旭林胜兴摘要：将相变材料（PCM）与传统的炕体材料复合制成了相变储能建筑材（PCBM，phasechangebuildingmaterials），它同时具有承受载荷和储存能量的双重功能，即结构-功能一体化材料，此种炕面板的应用能达到很好

2、的节能效果。比较多种类型的蓄能材料的性能，结合炕自身供暖特点，选取合适PCM和合适的结合方法与炕板基体材料复合，制成复合相变蓄能炕板，是一种结构-功能一体化的新型炕板。复合成PCBM炕板将更好的蓄热保温，有助于将能量在不同时间上迁移，延长炕面保温时间，改善炕供暖房间的热环境，长期应用节能效果明显。关键词：相变蓄能；炕；相变材料；热环境1.引言随着经济的发展，能源消耗也越来越高，使得资源日益紧缺。尤其近几年的建筑能耗，上升趋势明显，用于供暖空调的能耗已占建筑能耗的的55%以上,农村住宅能耗可见不容忽视。

3、中国农村人口占中国总人口的3/4以上，2000年农村生活用能消耗煤达370Mt,占国家能源消耗总量1522Mt的24.3%，而生物质能占生活用能总消耗的55.17%，可见生物质能在农村能耗中比例之大，不容小视。德国专家估算照中国现在的建房速度，2015年的能耗将是2000年的5倍，农村建筑节能直接关系到国家能源安全。火炕是农村消耗能源一个主要方面，是其冬季取暖的主要方式，火炕舒适与否、节能与否直接影响到农村的人居环境和农村的节能工作。推广节能炕是我国农村节能和农业生态由恶性循环转为良性循环的一个突破口

4、，可以缓解当前农村生活燃料严重短缺、浪费惊人的现状。还有利于减少拾材的劳力，提高劳动生产的出勤率，是一件利国利民、具有战略意义的事情。针对农村生活环境和生产力发展状况，选用具有价格低廉，方便易得，蓄热、保温、传热性能良好的材料是选材的基本原则。沿着这条思路我们发现相变储能技术可以和炕板的研制很好的结合起来.将相变材料（PCM，phasechangematerials）与传统建筑材料复合就是改良炕体材料的切入点，PCM属于功能材料的范畴，传统的多孔建筑材料属于工程材料范畴，将PCM与传统的炕体材料复合就

5、制成了相变储能建筑材料（PCBM，phasechangebuildingmaterials），它同时具有承受载荷和储存能量的双重功能，即结构-功能一体化材料.它是一种热功能建筑材料，能够将热量以相变潜热的形式进行储存，实现能量在不同时间、空间位置之间的转换.这种材料比较传统建材增加了热功能，但是不增加建筑空间。是一种性价比较高的新型复合材料.PCBM炕面板的使用将有助于将能量在不同时间上迁移.尤其适用火炕采暖地区，黑白温差大，PCBM制作的炕面板会将白天多余的热量迁移到夜间放出，有助于改善人居环境.采

6、用PCBM制作的炕就会使人们减少因住户在夜间感到气温低时采取电采暖所消耗的电量，直接节能[1-2]。2.炕面板材料2.1炕板基体材料炕面板基体材料的选用围绕着农村常见易得的几种建筑材料展开，最常见的为混凝土。常用炕面板材料的热性能指标选取可参见表1.表1常用炕面板材料热性能指标材料名称容重kg/m2比热kJ/kg·℃导热系数W/m·k蓄热系数kg/m2·h·℃导温系数m2/h混凝土22000.840.2346.892.5×10-3土坯16001.090.2133.081.5×10-3黏土—砂18000

7、.840.8131.401.6×10-3石板24000.920.8964.903.3×10-3从表中可以看出混凝土有其他几种材料无法比拟的优越性.所以优选混凝土做炕面板材料。考虑到普通混凝土的氢氧化钙和水化铝酸钙与本文所选用的PCM中的硫酸根离子反应，生成具有膨胀性能的产物石膏和钙矾石，在一定条件下还会生成碳硫酸钙石，从而导致混凝土的破坏。所以选用了新型硫酸铝盐水泥来制备混凝土.此种硫酸铝盐水泥抗硫酸盐的侵蚀能力较强，有关测试表明磷铝酸盐水泥砂浆在硫酸镁溶液中腐蚀360、510天时，磷铝酸盐水泥砂浆抗

8、腐蚀系数分别高达0.99和0.95，比普通水泥分别高出27%、46%。新型硫酸铝盐水泥是一种制备炕面板基体材料的很好配料。2.2炕基体材料中掺混的PCM选取原则①热力学性能:PCM的相变温度必须在炕板温度变化范围10℃-85℃，而PCM的相转变温度应在此范围内，热导率大、密度大、体积变化率较小、比热容大，融化潜热高，使其在相变中存储和释放较多的热量；②化学性能：无不良气味、无毒（对人体无毒）、腐蚀性小、不易燃性；③动力学性能：具有较高的结晶成核能力，以此