建筑節(jié)能工程相變材料發(fā)展思考

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【文章摘要】在建筑節(jié)能中應(yīng)用相變材料，能利用材料的性能使建筑具有節(jié)能的功能。本次研究說明了相變材料發(fā)展及在建筑節(jié)能工程中的應(yīng)用。雖然相變材料的應(yīng)用還存在種種問題，但是在建筑施工中人們會(huì)逐漸加大相變材料應(yīng)用的范圍及比例，這是未來建筑施工技術(shù)發(fā)展的趨勢。。施工單位要結(jié)合施工項(xiàng)目的要求、施工成本、施工技術(shù)選擇適合的相變材料，應(yīng)用材料優(yōu)化建筑施工的質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】建筑施工；施工技術(shù)；相變材料

傳統(tǒng)的材料性能是固定的，相變材料是與這些材料相對，具有諸能功能的材料，它的英文描述為PhaseChangeMaterial，簡稱PCM。在建筑節(jié)能中應(yīng)用相變材料，能利用材料的性能使建筑具有節(jié)能的功能。

1相變材料發(fā)展及在建筑節(jié)能工程中的特性

在20世紀(jì)60年代，美國宇航局為了發(fā)展航空技術(shù)開發(fā)了相變材料，以后這種材料被廣泛的應(yīng)用在太陽能利用、采暖和制冷、供電系統(tǒng)優(yōu)化、醫(yī)學(xué)工程、儲(chǔ)熱建筑工程領(lǐng)域中。相變材料的第一個(gè)特點(diǎn)為形態(tài)多樣化，相變材料既可以固態(tài)的形式出現(xiàn)，又可以液態(tài)的形式出現(xiàn)，它便于生產(chǎn)、便于利用，應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣泛；相變材料的第二個(gè)特點(diǎn)為恒定的特點(diǎn)，就是指無論相變材料在作業(yè)狀態(tài)還是非作業(yè)狀態(tài)，只要在它的相變范圍內(nèi)，它的狀態(tài)就是恒定的，這種高穩(wěn)定性能令它被人們頻繁的使用；相變材料的第三個(gè)特點(diǎn)為具有其它物質(zhì)狀態(tài)的特點(diǎn)，即在相變材料的諸能范圍內(nèi)，它能吸收周圍環(huán)境多余的能量，待環(huán)境改變后釋放能力，這是相變材料最重要的特點(diǎn)，也是它被人們使用的主要原因。

2相變材料發(fā)展及在建筑節(jié)能工程中的分類

相變材料根據(jù)材料構(gòu)成來分類，可分為無機(jī)相變材料、有機(jī)相變材料、復(fù)合相變材料。無機(jī)相變材料根據(jù)構(gòu)成可為結(jié)晶水合鹽構(gòu)成、熔融鹽類構(gòu)成、金屬相變材料構(gòu)成、多元混合物質(zhì)構(gòu)成。有機(jī)相變材料根據(jù)構(gòu)成可分為多元混合物構(gòu)成（包含石蠟烷烴混合物及脂酸類這兩種物質(zhì)構(gòu)成）、低共溶共晶混合物構(gòu)成、其它有機(jī)物質(zhì)構(gòu)成。復(fù)合相變材料根據(jù)構(gòu)成可分為高分子復(fù)合材料構(gòu)成、微膠囊體復(fù)合材料構(gòu)成、納米復(fù)合材料構(gòu)成。過去人們采用無機(jī)相變材料或有機(jī)相變材料，后來人們發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料可以發(fā)揮兩種相變材料的優(yōu)勢，克復(fù)相變材料的劣勢，于是復(fù)合相變材料是目前被廣泛應(yīng)用的材料。相變材料根據(jù)形式來分，可分為固固相變、固液相變、固氣相變、液氣相變這四種形式。固氣相變與固液相變對應(yīng)用環(huán)境的要求較高，目前還被液究及開發(fā)中，較少在建筑施工領(lǐng)域中應(yīng)用。不同熔點(diǎn)的相變材料被應(yīng)用在建筑施工中不同的領(lǐng)域范圍里。比如熔點(diǎn)為0~8℃及15~22℃的相變材料，一般應(yīng)用在制冷的領(lǐng)域中；熔點(diǎn)為19~28℃的相變材料，一般應(yīng)用在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中；熔點(diǎn)為30~55℃的相變材料，一般應(yīng)用在地板采暖系統(tǒng)中；熔點(diǎn)為40~50℃的相變材料，一般應(yīng)用在熱泵蓄熱系統(tǒng)中。

3相變材料發(fā)展及在建筑節(jié)能工程中的應(yīng)用

3.1相變儲(chǔ)能墻板

這是在80年代開發(fā)出的一種墻板。這種墻板的基材為石高、混凝土材料、保溫隔熱材料。這種墻板可以作為建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，起到諸熱、散熱調(diào)節(jié)溫度的作用。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用了相變材料后，增加了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的惰性，令建筑物的室內(nèi)環(huán)境變得更舒服。

3.2相變儲(chǔ)能混凝土

這是一種以混凝土材料為基材，混合有復(fù)合相變材料的智能混凝土。這種混凝土材料作為建筑物的外墻，可讓建筑物具備節(jié)能的功能。相變混凝土材料之所以有儲(chǔ)能的功能，是由于混凝土材料中混入了復(fù)合相變材料，這種材料本身會(huì)讓混凝土的性質(zhì)產(chǎn)生巨大的變化?；炷潦┕ぶ凶畛３霈F(xiàn)的質(zhì)量問題為裂縫問題，如果混凝土材料裂縫過多，施工成品的質(zhì)量就會(huì)出現(xiàn)問題。而混凝土出現(xiàn)裂縫的重要原因是混凝土材料易出現(xiàn)內(nèi)外溫差大的問題，特別是大型混凝土材料極易出現(xiàn)內(nèi)外溫差大的問題。如果在混凝土材料中添加了復(fù)合相變材料，它能智能的調(diào)節(jié)混凝土的溫度，令混凝土內(nèi)外溫差恒定。目前相變混凝土的研發(fā)還存在一些技術(shù)問題，還需要繼續(xù)研究。

3.3建筑保溫隔熱材料

如果在建筑保溫隔熱材料中添加相變材料，可強(qiáng)化保溫隔熱材料的性能。在保溫隔熱材料中加入相變材料有幾種優(yōu)勢。第一種優(yōu)勢，發(fā)揮相變材料的特點(diǎn)，強(qiáng)化建筑保溫隔熱才料的性能；第二種優(yōu)勢，相變材料具有質(zhì)輕的特點(diǎn)，應(yīng)用相變材料可降低保溫隔熱材料的質(zhì)量，便于施工單位施工；第三種優(yōu)勢，相變材料具有粘結(jié)能力強(qiáng)、耐久性強(qiáng)、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，它能提高建筑保溫隔熱材料的整體質(zhì)量。

3.4相變砂漿材料與涂料

這是在建筑砂漿材料及涂料中混合相變材料，使砂漿材料與涂料具備儲(chǔ)能的性能。目前已經(jīng)有多孔超細(xì)SIO2材料制作而成的復(fù)合相變隔熱涂料，這種涂料比普通的涂料生產(chǎn)成本低、隔熱性能強(qiáng)，以后會(huì)被廣泛應(yīng)用。

3.5相變蓄熱地板

相變儲(chǔ)熱地板是指在鋪設(shè)地板時(shí)，在地板材料中添加相變材料，使地板材料變成電加熱相變蓄熱地板，這種地板可以使用較少的能耗釋放較多的熱能，并且放熱均勻、垂直溫度梯度小，應(yīng)與人體逐漸適應(yīng)外部環(huán)境的節(jié)奏同步，能夠令環(huán)境變得更舒服。我國南方大部分地區(qū)沒有集中供暖的系統(tǒng)，如果在南方的建筑施工中應(yīng)用相變蓄熱地板，就可令南方的建筑具有冬暖夏涼的性能。

4總結(jié)

雖然相變材料具有生產(chǎn)成本小、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛、儲(chǔ)能性能高、無毒無腐蝕性、無異味、無降解的特點(diǎn)，可是相變材料的應(yīng)用還存在一些問題。其中最主要的三個(gè)問題為相變材料的耐久性問題，部分相變材料有應(yīng)用的年限，超過應(yīng)用年限即失去儲(chǔ)能的性能；相變材料與基體的相容性的問題，部分相變材料不能與基體材料融合，應(yīng)用中會(huì)破壞建筑施工基體材料；相變材料的封裝問題，如果相變材料泄露，建筑本身會(huì)失去儲(chǔ)能的功能，并且相變材料會(huì)污染環(huán)境。雖然相變材料的應(yīng)用還存在種種問題，但是在建筑施工中人們會(huì)逐漸加大相變材料應(yīng)用的范圍及比例，這是未來建筑施工技術(shù)發(fā)展的趨勢。施工單位要結(jié)合施工項(xiàng)目的要求、施工成本、施工技術(shù)選擇適合的相變材料，應(yīng)用材料優(yōu)化建筑施工的質(zhì)量。

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作者：劉建青 單位：建恒工程質(zhì)量檢測有限公司