基于聚n-异丙基丙烯酰胺的变色节能体系的探索性分析

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1、浙江大学硕士学位论文摘要摘要当今世界，能源问题已经成为人们日益关注的热点问题。而建筑能耗在整个社会能源消耗中的重大比例，使建筑节能成为世界建筑界面临的一个紧迫问题。屋顶是住宅建筑的重要外围护结构。它的颜色对于室内的温度有非常大的影响。浅色屋顶可以反射太阳光，阻碍室内温度的升高；相反，深色屋顶能吸收大部分太阳光，使得室内升温。如果让屋顶在冬天自动变成深色，在夏天自动变成浅色，可以大大节省房屋用于取暖和制冷的能耗。聚(N．异丙基丙烯酰胺)(缩写为PNIPAM)是一种温敏性高分子，它在水中会发生可逆的相变，

2、在相转变温度(缩写为LCST)以下时，PNIPAM完全溶于水，在LCST以上时，PNIAPM从水中析出，呈乳液状。本文首先研究了PNIPAM水溶液的光学性质随温度的变化规律，发现：在LCST以上时，PNIPAM颗粒对光有散射作用，光的最低透过率与光程，溶液浓度有关。本文尝试利用这一温敏特性，探索一种智能变色建筑节能系统的设计新思路。当室外温度低于LCST(32"C)时(如冬天)，PNIPAM水溶液呈透明状态，太阳光可直射黑色屋顶，为其吸收，为建筑提供能量，减少暖气使用量；当温度高于LCST时(如夏天)

3、，PNIPAM以粒子状态析出，体系呈乳液状，屋顶呈白色、散射太阳光，从而降低屋顶对太阳能的吸收，减少制冷空调的使用。模拟的试验体系表明，反射率随着PNIPAM浓度的增加而增加，当浓度超过0．059／mL后，反射率达到最大值：33．O％。在这一浓度下，与不加PNIPAM的对照组相比，加入PNIPAM，温升可降低6．1℃。另外，反射率与PNIPAM分子量无关，加入少量丙烯酸共聚后，聚合物的LCST升高，反射率降低。本研究为屋顶节能材料的开发提供了一种启示。关键词：建筑节能，温致变色，聚(N一异丙基丙烯酰胺

4、)，智能屋顶浙江大学硕士学位论文摘要AbstractNowadays，theenergyissuehasbeenahottopicaroundtheworld．Energysavingbuildingshavecausedgreatinterestssincethebuildingsspentalargeportionofenergyconsumedinthecity．Roofistheimportantexternalprotectionoftheresidencebuilding．Itscolor

5、hasagreatimpactontheinternalroomtemperature．Roofwithalightcolorcallreflectsunlight，preventingthetemperaturerisinginside．Onthecontrary，darkroofcanabsorbmoresunlight,whichwillwarmuptheroominside．Iftheroofcolorcanchangefromdarkinwintertolightinsummerautoma

6、ticallyandreversibly，muchenergycallbesavedfromwarminginwinterandcoolinginsummer．Poly(N—isopropylacrylamide)isathermosensitivepolymer(PNIPAM)．Itsaqueoussolutiongivesareversiblephasetransitionatdifferenttemperatures．Belowthelowcriticalsolutiontemperature(

7、LCST)，PNIPAMdissolvesintowater．WhenthetemperatureisaboveLCST，however,itseparatesfromwaterturningthesolutionintolatex．IncurrentworktheopticalpropertiesofPNIPAMaqueoussolutionvaryingwithtemperaturewerestudiedfirst．ItwasdiscoveredthataboveLCSTthelightwassc

8、atteredbythePNIPAMparticles．111elowesttransmittanceoflightdependedonthelightpathandtheconcentrationofthesolution．BasedonthethermosensitivepropertiesofPNIPAM，anovelideaofdesigningathermochromicsystemforbuildingenergysavingwasexplo