建筑用相变储能复合材料及其制备方法
专利汇可以提供建筑用相变储能复合材料及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 为一种建筑用 相变 储能 复合材料 。它以 石膏 、 水 泥等气硬性或 水硬性胶凝材料 为基体，其中分散有膨胀粘土等多孔材料集料，多孔材料集料中储存有 石蜡 或、 硬脂酸 丁酯等有机 相变材料 。本发明先采用 真空 浸渗法制得相变储能集料，再用 建筑材料 的通用方法制得相变储能复合材料。本发明材料来源广泛、成本低廉，储能耐久性好，适用范围广。，下面是建筑用相变储能复合材料及其制备方法专利的具体信息内容。
1、一种建筑用相变储能复合材料，其特征在于以密实度比较高的气硬性或水硬性的 胶凝材料为基体，其中分散多孔材料集料，多孔材料集料与基体的体积比为0.4-1.5；在多 孔材料集料中储存有机相变材料，储存量为30-70％重量比。
2、根据权利要求1所述的相变储能复合材料，其特征在于作为基体的胶凝材料采用 石膏、水泥或石灰；多孔材料集料采用膨胀粘土、膨胀叶岩、膨胀珍珠岩、膨胀粉煤灰； 有机相变材料采用石蜡、硬脂酸丁酯。
3、一种如权利要求1所述的建筑用相变储能复合材料的制备方法，其特征在于采用 真空浸渗方法，使多孔材料集料吸收和储存有机相变材料，具体过程为：首先采用抽真空 的方法，抽除多孔材料中的空气，真空压须高于80kPa，抽真空时间大于30分钟，在真空 环境下用有机相变材料液体浸泡多孔材料，然后去掉真空，继续浸泡30分钟以上，取出 多孔材料，加密封层，制得相变储能集料；最后按通常方法将相变储能集料和基体材料混 合制得相变储能复合材料。
4、根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所用的有机相变材料的相变焓在 100J/g以上，相变温度为15～60℃。
5、根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于密封层采用聚合物水泥或聚合物乳 液，其孔隙率小于5％，孔连通性小于2％。
6、根据权利要求3-5所述的制备方法，其特征在于采用轻集料混凝土的制备方法，将 所述相变储能集料、水泥、水和化学外加剂制备成相变储能混凝土材料。
7、根据权利要求3-5所述的制备方法，其特征在于采用石膏板制作方法，将细小型的 相变储能集料制成相变储能石膏板。
技术领域
本发明属建筑材料技术领域，具体是一种相变储能复合材料及其制备方法。
背景技术
相变储能材料种类很多，按物质种类可分为有机相变材料和无机相变材料，按相变过 程形态可分为固液相变材料、固固相变材料、固气相变材料和液气相变材料等。在建筑领 域尝试采用相变储能材料降低建筑能耗已经有较长的历史。从上世纪的30年代起，在欧 美等地就有人探索在建筑取暖系统中采用相变材料，包括有机相变材料和无机相变材料。 出现了第一项相关专利[US 2 342 211(1944)]-相变储能致冷和取暖器。1948年，美国麻 省工学院的Telkes博士建造了第一座利用相变储能材料储存和利用太阳能的实验房- Dover House。70年代的能源危机进一步促进了能源利用技术的研究和发展。相变储能材 料的研发由带有民间色彩的松散行为转变为由国家机构，甚至国际组织统一协调，显示出 其在能源使用中的巨大潜力和价值。1982年美国能源部首先启动了这方面的研发工作。近 年来，国际能源机构(International Energy Agency，IEA)也开展了相变储能材料在建筑节 能领域方面运用的研究和应用计划(Annex10和17)，由欧、美、日等一些发达国家参与， 相继取得了一些成果。如采用封装技术把各种有机相变物质封装在高密度聚乙稀、聚缩醛 和聚脲等聚合物中，制备形状比较固定的相变材料；或采用交联聚缩醛和纤维素接枝共聚 物等高分子材料制备相变材料。纵观目前相变储能材料在建筑节能中的应用情况，主要存 在如下三方面的问题：
(1)储能功能的耐久性问题：与其它应用领域相比，建筑的环境因素复杂、恶劣，对建 筑材料的耐久性要求比较高，因此许多在其它领域能够很好使用的相变储能材料，在建筑 使用环境中常常暴露出寿命短、易老化等缺点，不能长期使用，缺乏实用价值，这也是前 面提到的美国第一座相变储能实验房-Dover House仅持续不到一年即告失败，而至今仍 未出现实用的相变储能建造物的主要原因。
(2)经济性问题：建筑物体积都非常大，要求相变材料的使用量很大。因此，如果相变 储能材料的成本太高，则不可能在建筑上获得真正意义上的应用。成本过高是目前相变储 能材料在建筑领域应用停滞不前的另一个重要原因。
(3)材料适用性问题：例如无机类相变材料，由于具有腐蚀性，在建筑中使用常常需要 采用管道或容器的形式对其进行储存，增加了建筑结构的复杂性、故障率和污染风险。
发明内容
本发明提出的建筑用相变储能复合材料，其构成组份如下，以密实度比较高的气硬性 或水硬性的胶凝材料为基体，其中分散多孔材料集料，多孔材料集料与基体的体积比为 0.4-1.5；在多孔材料集料中储存有机相变材料，储存量为30-70％重量比。由上述原材料组 成的相变储能复合材料制备的多种建筑物构件可以具备超过10MJ/m3左右的储能密度，相 变温度可以在15～60℃之间调节，满足建筑物取暖和致冷的要求。
上述相变储能复合材料，作为基体的胶凝材料可以采用石灰、水泥、石膏等；多孔材 料集料可以采用膨胀粘土、膨胀叶岩、膨胀珍珠岩、膨胀粉煤灰等；有机相变材料可以采 用石蜡、硬脂酸丁酯等。
本发明的相变储能复合材料的制备方法如下：
采用真空浸渗方法，使多孔材料集料吸收和储存有机相变材料，具体过程为：首先采 用抽真空的方法，抽除多孔材料中的空气，真空压须高于80kPa，抽真空时间一般大于30 分钟，在真空环境下用有机相变材料液体浸泡多孔材料，然后去掉真空，继续浸泡30分 钟以上，取出多孔材料，加密封层，制得相变储能集料。
本步骤中，采用的多孔材料集料为在建筑领域中具有普遍应用的多孔轻集料，如膨胀 粘土陶粒、膨胀叶岩陶粒、膨胀粉煤灰陶粒或膨胀珍珠岩等，所选用的多孔材料的孔隙率 在30～90％之间(压汞法)，孔连通性在50～95％之间(图像分析法)。这些材料来源广泛、 价格便宜，孔内酸碱环境为中性，对有机相变材料无副作用，适合于大容量和长时间储存 有机相变材料，并保护有机相变材料免受外界环境作用，延长其储能功能的寿命，提高其 耐久性。所选用的有机相变材料的相变焓要求在100J/g以上，相变温度在15～60℃之间 选择，价格便宜，容易大量获得。
为了防止有机相变材料在使用过程的渗出，在吸收储存了有机相变材料的多孔材料集 料的表面用聚合物水泥或聚合物乳液等材料制作密封层，密封层的孔隙率要求小于5％(压 汞法)，孔连通性小于2％(图像分析法)。最后，形成的相变储能集料按大小可分粗集料和 细集料，可以用于不同尺寸建筑构件的制作。
在相变储能集料的基础上制备相变储能复合材料，可以在建筑工地现场进行，也可以 在建筑构件预制厂内完成，而且可沿用建筑材料的通用制备方法将相变储能集料和基体材 料混合制得相变储能复合材料。例如，采用轻集料混凝土的制备方法，可以由相变储能集 料、水泥、水和化学外加剂等材料制备相变储能混凝土材料，用该材料可以构造具有相变 储能功能的混凝土墙体，用于调节建筑物室内的热环境和降低建筑能耗。还可以采用石膏 板制作方法，利用细小型的相变储能集料和石膏混和，制作具有相变储能功能的石膏板， 用该材料可以很方便地对现有建筑进行建筑节能改造。
与现有相变储能材料相比，本发明提出的新型相变储能复合材料及其制备方法，是利 用了在建筑领域广泛使用的多孔材料作为有机相变材料的储存介质、密封层材料和基体材 料，材料成本更加低廉；同时，由于可采用建筑材料的常规制备工艺，使得该材料的工业 化生产转化易于实现，制备工艺成本也很低。此外，采用密实的材料对有机相变材料进行 密封，提高了相变材料在各种建筑环境中的耐久性，最大限度地减少了相变材料可能对建 筑环境带来的污染。因此，本发明提供的相变储能复合材料及其制备方法更加适合建筑领 域的应用要求。
具体实施方式
采用孔隙率为75.6％膨胀黏土陶粒作为储存有机相变材料的多孔介质，陶粒的最大粒 径为20毫米，形状近似为球形。选用熔点为45℃，相变焓为130J/g的石蜡为有机相变 材料。真空浸泡过程参数为：抽真空时间为30分钟，真空压为80kPa，去真空后浸泡时间 为30分钟，浸泡温度为100℃。有机相变材料在多孔材料中的储存量约为65％wt.。密封 层材料采用聚合物乳液改性水泥材料，其配合比为：水泥∶聚合物乳液∶水＝100∶20∶17.5，聚 合物乳液采用商用的丁苯橡胶乳液，固体物质含量为50％。加密封层后的相变储能集料中 有机相变材料的含量约为60％wt。
利用该相变储能集料和混凝土配制方法制备相变储能混凝土材料，混凝土的配合比 为：水泥∶水∶相变储能集料∶砂＝100∶50∶190∶170。在相变储能混凝土材料中，有机相变材料 的含量大约为22％wt.。以该材料建造混凝土墙体可以储存热能，用于冬季取暖，其热能储 存温度为45℃，热能储存密度约为50MJ/m3。
实施例2
采用孔隙率为73.3％膨胀黏土陶砂作为储存有机相变材料的多孔介质，陶砂的最大粒 径为3毫米，形状为椭球形。选用熔点为45℃，相变焓为130J/g的石蜡为有机相变材料。 真空浸泡过程参数为：抽真空时间为40分钟，真空压为85kPa，支真空后浸泡时间为45 分钟，浸泡温度为100℃。有机相变材料在多孔材料中的储存量为60％wt.。密封层材料 采用经稠化的聚合物乳液合物，乳液采用商用的丁苯橡胶乳液，稠化后固体物质含量为 75％。加密封层后的相变储能集料中有机相变材料的含量为58％wt.。
利用该相变储能集料和石膏隔板的制备方法制备相变储能石膏隔板复合材料，石膏隔 板的配合比为：熟石膏∶水∶相变储能集料∶增强纤维∶缓凝剂＝100∶60∶40∶1∶0.1。在相变储能石 膏隔板复合材料中，有机相变材料的含量大约为15％。以该材料建造石膏板隔墙可以储存 热能，用于冬季取暖，其热能储存温度为45℃，热能储存密度约为20MJ/m3。
实施例3
采用孔隙率为75.6％膨胀黏土陶粒作为储存有机相变材料的多孔介质，陶粒的最大粒 径为20毫米，形状近似为球形。选用熔点为22℃，相变焓为128.5J/g的硬脂酸丁酯为有 机相变材料。真空浸泡过程参数为：抽真空时间为30分钟，真空压为88.5kPa，去真空后 浸泡时间为40分钟，浸泡温度为30℃。有机相变材料在多孔材料中的储存量为67.5％wt.。 密封层材料采用聚合物乳液改性水泥材料，其配合比为：水泥∶聚合物乳液∶水＝100∶20∶17.5， 聚合物乳液采用商用的丁苯橡胶乳液，固体物质含量为50％。加密封层后的相变储能集料 中有机相变材料的含量为63％wt.。
利用该相变储能集料和混凝土配制方法制备相变储能混凝土材料，混凝土的配合比 为：水泥∶水∶相变储能集料∶砂＝100∶50∶190∶170。在相变储能混凝土材料中，有机相变材料 的含量大约为23％wt.。以该材料建造混凝土墙体可以储存冷量，用于夏季致冷，其冷量储 存温度为22℃，储存密度约为52MJ/m3。
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