硬脂酸丁酯是一种有机相变材料 (Phase Change Material, PCM) , 具有独特的相变潜热性能, 即在其相变化的过程中可以从环境吸收热 (冷) 量或向环境放出热 (冷) 量, 从而达到热量存储和释放的目的。利用这种特性, 将其浸渍到多孔加气砂浆砌块中, 形成一种轻质自调温PCM墙体材料, 称为PCM砌块, 以此砌筑的建筑物将具有节能环保、居住舒适的特性。本文用对比试验的方法测定该种材料的调温和控温的性能。
硬脂酸丁酯是一种脂酸类有机相变材料, 常温为无色透明油状液体, 低温时为白色油脂状固体。其化学结构式为CH3 (CH2) 16COO (CH2) 3CH3, 实测熔点在19℃左右, 相变点在21℃, 相变焓为130J/g, 比重0.86。加气砂浆砌块为10×10×10cm立方体, 由水泥、砂屑和粉煤灰等组成, 内部有大量的孔隙结构, 实测干容重为0.68～0.75g/cm3。将硬脂酸丁酯加热到40℃, 成为无色透明液体, 再将砂浆砌块浸入, 每隔30min测定其重量, 计算浸渍量, 浸渍量与时间的关系如图1所示。实验表明, 在40℃时, 硬脂酸丁酯最大浸渍量约为砌块重量的32%, 适宜浸渍时间为3h。
将浸渍后的砌块共18块, 按3×6组合用水泥砂浆拼砌于瓷质砖上, 下置泡沫塑料保温层, 并形成一空腔, 表面和腔内各置一温度计, 做成如图2所示的试验装置, 并用普通砌块制成同样装置。
将上述装置置于冷藏箱内, 冷至内外均为-6℃后取出, 立即放入控温良好, 温度设置为38℃的烘箱内, 每隔10min测其腔内温度变化值, 其变化规律如图3所示。当装置内外温度均达38℃后, 再将放回温度为-6℃的冷藏箱中, 每隔10min测其腔内温度变化值, 温度变化规律如图4所示。
将两组装置在室温中静置一段时间, 等内部温度达到相同时一起放入烘箱中, 烘箱采用逐步升温的方法, 从室温 (大约为10℃左右) 每隔10min上升1℃, 逐步上升到38℃, 停止10min后再每隔10min下降1℃, 直到室温为止, 在全过程中, 每隔10min测定两个装置的内部温度, 模拟自然状态下的实际情况。其温度变化规律如图5、图6所示。
试验结果表明, PCM砌块装置腔内温度的上升和下降, 均滞后于普通砌块, 特别是在21℃左右的相变温度附近时, 两者差值达10℃, 并且可保持2h以上。说明该种PCM砌块有较强的相变储放热特性, 当外界温度上升或下降到相变点以上时, 能充分分挥自身的相变潜热特性, 长时间地将腔内温度保持在21℃左右。可以推论, 当以此块砌块作为建筑围护材料时, 当自然温度跨越相变点时, 也将能长时间保持室内温度, 节能效果明显。
PCM砌块作为建筑墙体结构, 必须和普通砌块一样, 能够被砂浆粘接, 表面应能够被砂浆涂抹覆盖, 即PCM砌块必须和砂浆有一定的粘接力, 能够象普通混凝土砂浆砌块一样在建筑工程中使用。
将PCM砌块三块一联, 用砂浆粘接成30×10×10cm的小梁, 共成型三件, 分别用A1、A2和A3表示, 另取普通砌块同样制成小梁试件, 分别用B1、B2和B3表示。将六个试件共同置于标准养护室养护28d后取出, 在压力机上做抗折试验, 用抗折强度表征砂浆与砌块的粘接力, 装置如图7所示。测定结果如表1所示。
从试验结果可知, PCM试块与砂浆的粘接强度并无明显降低, 断裂面在试块内表明其与砂浆粘接强度高于自身强度, 除去人为操作影响, 可认为PCM砌块与砂浆的相容性良好。但在试验时发现, 当砌块表面有残余的液态硬脂酸丁酯时, 砂浆初凝前有“挂浆”现象, 表明其结合有一定问题但初凝后二者结合紧密, 粘接良好。
试验表明, 硬脂酸丁酯作为PCM材料, 具有如下特点:相变温度适中, 其相变点在20℃左右, 正符合人体舒适条件;与砂浆砌块结合良好, 不易渗出;具有足够大的相变潜热, 能较长时间保持适当温度;相变时膨胀或收缩性小, 对砂浆砌块无不良影响;相变的可逆性好, 实验中可多次反复, 其温度变化特性无变化;无毒性、无腐蚀性, 高纯度硬脂酸丁酯可作为化妆品基材使用。综上所述, 该种材料在建筑墙体中有广泛的应用前景。
摘要：硬脂酸丁酯是一种有机相变材料, 利用其相变特性和砌块的保温效果, 将其浸渍到加气砂浆砌块中, 制成一种新型墙体材料——PCM砌块, 既有良好的保温性能, 也具备一定的恒温自调节能力, 达到节能降耗, 提高居住人体舒适度的目的。本文用对比试验的方法, 测定了该种墙体材料的保温和控温等性能。
关键词：PCM,硬脂酸丁酯,浸渍,等温
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