相变材料发展在建筑节能工程中的应用
Abstract： With the rapid development of construction industry， people pay more and more attention to energy-saving projects， and the application of phase-change materials in energy saving project is particularly important. So， this paper expounds the phase-change energy storage material， discusses the problems existing in the application of phase-change material in the energy-saving building construction， and puts forward the corresponding strategies to play the role of phase-change materials and lay solid foundation for energy-saving building construction projects.
Key words： phase-change material；energy-saving building construction；application
中图分类号：TU55+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）03-0151-02
0 引言
随着人们生活水平的不断提高和建筑行业的发展，以及相变材料的兴起，人们越来越关注节能的效果。我国的相变材料研究仍旧处在理论方面，在实际应用上还存在一些问题。文章对相变材料的特点进行了分析，研究了相变材料在实际工程中的应用，并通过秦皇岛世极城堡的实例进行了分析，旨在促进建筑行业的发展，提高人们的生活水平。
1 相变储能材料
相变储能材料简称PCMs，指的是在一定温度下，能够改变其物理性质的材料。当材料的温度比相变点高时，PCMs会吸收掉一定的热量，从而产生相变；当材料的温度比相变点低时，PCMs会释放掉一定的热量，从而发生逆相变。PCMs有着其独特性，储能密度高，相变潜热大，在相变的过程中材料的温度一般不会发生改变。在调整材料所处环境温度的同时，能对能源供求之间在时间和速度上的不同步进行调整（如图1），从而对室温进行精确性的控制，可以有效地对建筑进行节能保温。
根据材料在相变过程中相态的变化方式，可以分为4个不同的类型：固气相变材料、固液相变材料、固固相变材料、液气相变材料。液气相变材料与固气相变材料在转化时伴随的相变潜热比固液相变材料与固固相变材料相变时的相变潜热要大得多。但是在进行液气和固气转化的过程中，会有气体产生，材料的体积会发生变化。因此，在实际的应用中，固液相变材料和固固相变材料的应用范围较广。
根据材料的性质，可以分为无机物和有机物两种。无机物和有机物相比，在蓄热密度、溶解热、导热以及成本上都有着一定的优势。但是由于其易腐蚀性，在相变过程中，存在过冷、易相分离的特性，储热能力有一定的下降。绝大部分的有机物都存在导热性差，储能利用率低的缺陷，降低了系统的工作效率。同时也有着一定的优点，如防腐蚀性高一级固体成型较好[1]。
2 相变材料在建筑材料中的应用
随着人们生活水平的不断提高，在生活方面更加注重舒适感。我国在发展上，倡导与环境协调发展。为了减少建筑工程中的材料消耗，降低空调以及供暖系统的投入成本，相变材料在建筑节能工程上的应用受到了广泛的关注。
2.1 相变储能墙板
相变储能墙板是在上世纪80年代出现的一种含有相变材料的建筑围护结构材料，根据建材基体的不同，可以分为三种：第一，以石膏板为基材的相变储能石膏板，主要用于外墙的内壁材料，可以保持室内温度的稳定，确保建筑的舒适性；第二，以混凝土为基材的相变储能混凝土，一般作为外墙体的材料；第三，以保温隔热材料为基材，可以制作高效节能型建筑保温隔热材料。相变储能墙板主要用于建筑围护结构，当室内的温度比相变材料的温度高时，相变材料会发生相变，将建筑中多余的热量吸收掉；当室内的温度比相变材料温度低时，相变材料也会产生相变，释放出大量的热量，保证室内的舒适度。用相变材料制作墙板，既可以降低维护结构的传热量，又可以保证室内的舒适度。
2.2 相变储能砂浆
将相变材料融入到砂浆或灰泥中，可以制备出具备蓄能能力的相变储能砂浆。在德国的研究中，通过微胶囊技术奖石蜡封装在20μm的能量微球中，并将其与灰泥混合，制造出一种可以用于内墙的石蜡砂浆，该砂浆中含有10%到25%的掺石蜡的能量微球。这种砂浆可以作为室内冬季保温和夏季制冷的材料，保证室内的温度。当室内的温度超过22℃后，砂浆中的石蜡会融化，吸收室内的热量，降低室内的温度；当室内的温度低于22℃时，砂浆中的石蜡会凝固，会释放出大量的热量。
在加拿大的研究中，将49%丁基硬脂酸盐和48%丁基棕榈酸盐进行融合，作为相变材料，通过直接混合法和灰泥砂浆进行混合，按照工艺流程制造出相变储能墙板。这种墙板和普通的墙板相比，储热能力更强，并能够根据相变材料的吸收量和融化量对储热量进行精确的控制[2]。 2.3 相变材料的其他应用
在其他方面，包括相变储能混凝土、建筑保温隔热材料、相变材料涂料、相变蓄热地板等。
相变储能混凝土和普通混凝土相比有着较大的热熔，将其作为外墙体材料，可以保证室内温度的稳定，提高室内舒适度；建筑保温隔热材料是保证建筑节能的基础，是目前建筑节能上主要的研究课题；相变材料涂料应用在建筑上，可以提高老房屋的储热能力，有利于材料的普及；相变蓄热地板一般是结合电加热方式使用的。通过地板采暖的方式，能够保证室内温度平衡，符合人们“足暖头凉”的需求，而且成本较低，应用性较好。
3 相变材料的实际应用
在秦皇岛世极城堡的设计中，广泛使用了相变材料以及相应的技术。例如外墙的保温、地暖、中水处理等。在钢筋混凝土外墙上增加了一层FTC自调温相变保温材料保证建筑内的温度，此外，屋顶也采用了这种材料，保温的面积达到了30万m2。
FTC自调温相变材料和其他的保温材料相比，有着一定的特点，导热系数和保温层相对厚度比都比较低，符合相关的要求，而且在防火性能方面比较优秀，远远高于聚苯板和挤塑板。而且FTC自调温相变材料的节能方面效益较高，可以达到65%。和其他的材料相比，FTC自调温相变材料在性能、抗压性、抗裂性、耐候性、阻燃性、环保性、施工等各个方面都有优势。
虽然通过空调系统也可以控制建筑内的温度，但是需要消耗大量的能量。而通过相变材料的储热性能，能够有效减少空调系统的符合。经过测试得出，相变材料的潜热值为241.44J/g，传热系数为0.51w/（m2?K），在温度较低的地方，相变材料只需要36mm就能达到48mm挤塑板的效果，能够达到近七成的能量。由此可以看出，相变材料在实际建筑工程中的应用有着各种优点。
4 结语
随着我国建筑节能的不断研究，节能的效率也在逐渐提高，仅仅通过单一的材料进行节能可行性不强。通过相变材料和传统保温材料的结合，能够有效达到节能的目的。目前的研究已经比较全面，但是在实际应用上还是存在着一定的问题。因此，需要进行深入的研究，提高相变材料在建筑节能工程中的全面应用。
