鄒浩明 ，張春成 ，翟蘇寒 ，王翀

（1.北京理工大學 材料學院，北京 100081；2.北京中世佳恒環(huán)?？萍加邢薰荆本?100085）

目前，相變儲能材料已應用到生產(chǎn)、生活的各個領域[1-3]。生態(tài)建筑領域是相變儲能材料應用最為廣泛的領域之一。目前已有的報道中，呂石磊等[4]利用北方地區(qū)夏季夜間自然冷風的氣候條件，選出2種合適的脂肪酸類PCM制成相變儲能墻板，夏季可利用夜間冷風來吸收室內多余冷負荷，減少空調系統(tǒng)規(guī)模；冬季用其與電熱膜結合使用，達到節(jié)約能源的目的。專利CN201964082U[5]公開了一種相變儲能風管，將相變儲能片固定在風管殼體內，利用粘貼的相變儲能片實現(xiàn)風管儲能。專利CN202884379U[6]公開了一種保溫管，包括內管和設于內管外的保溫層，內管和保溫層之間還設有由相變材料組成的蓄熱層，利用相變材料實現(xiàn)儲能。不管是粘貼相變儲能片還是包覆相變材料層，由于相變儲能片和相變材料層與風管不是一體結構，儲能效果受到限制。而且，相變儲能片和相變材料層在使用時還需安裝，成本較高。

針對采用相變儲能片或相變材料保溫層進行風管儲能時存在的儲能效果差、成本高的問題，本實驗制備了一種新型纖維復合相變儲能材料風管。

1 實驗

1.1 實驗原料

相變石蠟微膠囊、氯化鎂、氧化鎂、碳纖維布、菱鎂膠凝材料改性固化劑，均為工業(yè)級，由北京中世佳恒環(huán)?？萍加邢薰咎峁?。

1.2 纖維復合相變儲能風管的制備

（1）膠結漿料制備：將20%相變石蠟微膠囊、75%氯氧鎂和5%改性劑加入到質量為三者總質量1.0～1.5倍的水中并攪拌均勻，制得膠結漿料。

（2）涂覆成型：在風管模具的成型面涂上脫模劑，干燥后涂刷膠結漿料，然后鋪放碳纖維布，并再次涂刷膠結漿料，此后，按照鋪放碳纖維布、涂刷膠結漿料作為重復單元進行操作，直至達到設計厚度，得到成型風管。

（3）脫模養(yǎng)護：將成型風管自然固化后脫模，然后在18～35℃下養(yǎng)護8 h，得到相變儲能風管。

1.3 性能測試

纖維復合相變儲能風管材料的表觀密度、軟化系數(shù)和吸水率和法蘭抗沖擊強度按JC/T 646—2006《玻鎂風管》進行測試。導熱系數(shù)按GB/T 10295—2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關特效的測定 熱流計法》進行測試。燃燒性能按GB 8624—2006《建筑材料及制品燃燒性能分級》進行測試。釋放有害氣體和抗凝露性能按JG/T 258—2009《非金屬及復合風管》進行測試。相變儲熱性能采用差熱掃描量熱儀（DTA）進行測試。

2 結果和討論

2.1 復合纖維相變儲能風管材料的基本性能表征（見表1）

表1 復合纖維相變儲能風管材料的基本性能

由表1可以看出，本實驗所制備的復合纖維相變儲能風管材料具有適合的密度（＜2000 kg/m3），較好的耐水性能（軟化系數(shù)＞0.85，吸水率＜8%），較高的強度（法蘭抗沖擊強度＞20 kJ/m2），以及良好的絕熱性能[一般玻鎂復合風管導熱系數(shù)在0.03～0.05 W/（m·K）]。

2.2 復合纖維相變儲能風管材料的燃燒性能（見表2）

表2 復合纖維相變儲能風管材料的燃燒性能

由表2可見，復合纖維相變儲能風管材料的燃燒性能達到了A1級指標，具有很好的防火性能。

2.3 復合纖維相變儲能風管材料有害氣體含量（見表 3）

由表3可見，復合纖維相變儲能風管材料的有害氣體含量完全符合JG/T 258—2009標準要求。

表3 復合纖維相變儲能風管材料釋放的有害氣體

2.4 復合纖維相變儲能風管材料的儲熱性能

復合纖維相變儲能風管材料的儲熱性能采用日本島津公司的DTG-60差熱掃描量熱儀（DTA）進行表征。測試采用頂部有一小孔的帶蓋氧化鋁坩堝，從20℃開始按2℃/min的升溫速率升至50℃，采用流量為50 ml/min的高純氮氣作為保護氣和吹掃氣，測試樣品質量為5 mg。DTA測試結果見圖1、圖2，相變特征參數(shù)見表4。

圖1 相變石蠟微膠囊的DTA測試曲線

圖2 復合纖維相變儲能風管材料的DTA測試曲線

表4 相變材料的DTA相變特征參數(shù)

由圖1、圖2和表4可以看出，相變石蠟微膠囊的相變峰溫為29.3℃；摻雜20%相變石蠟微膠囊的復合纖維相變儲能風管材料的相變峰溫為28.7℃。兩者差異不大，滿足使用要求。相變儲能風管材料的相變焓比相變石蠟微膠囊低，這是由于制備復合材料的其它材料不是相變材料。

2.5 復合纖維相變儲能風管材料的抗凝露性能

由DTA測試結果可以證明，制備的復合風管材料具有相變儲能性能，但是還不能說明它在實際使用中的作用。為此進行抗凝露性能測試，結果見表5。

表5 復合纖維相變儲能風管材料的抗凝露性能

由表5可見，所制備的復合纖維相變儲能風管材料具有良好的抗凝露性能。這是由于加入了相變儲能材料后，減小了管壁與管內空氣的溫差。

3 結論

（1）復合纖維相變儲能風管材料具有較好的耐水性、較高的強度及良好的絕熱性能，符合相關標準要求。

（2）復合纖維相變儲能風管材料的燃燒性能達到了A1級，具有良好的防火性能。

（3）復合纖維相變儲能風管材料使用過程中無甲醛釋放，其它有害氣體釋放量均很小，符合JG/T 258—2009的環(huán)保要求。

（4）熱分析和抗凝露測試結果表明，復合纖維相變儲能風管材料具有儲熱作用，使用此材料制成的風管具有良好的抗凝露性能。

[1] 鄭其俊.絕熱材料的發(fā)展與應用[J].新型建筑材料，2002（6）：44-46.

[2] 王志強，曹明禮，龔安華，等.相變儲熱材料的種類、應用及展望[J].安徽化工，2005（2）：8-10.

[3] 孫燁，陳藝軒，王輝.相變材料及其在建筑節(jié)能中的應用[J].遼寧化工，2017（2）：182-184.

[4] 呂石磊，馮國會，付英會，等.可用于北方寒冷地區(qū)的含脂肪酸類PCM 的相變墻板的 DSC 分析[J].節(jié)能，2004（3）：36-38.

[5] 張東.一種相變儲能風管：CN201964082U[P].2011-09-07.

[6] 黃莉，支曉華，陳圣岳.保溫管：CN202884379U[P].2013-04-17.