秸秆定形相变材料的应用基础研究

【摘要】：随着人们居住环境的改善,室内舒适度的要求越来越高,建筑能耗也随之增加。研究表明建筑能耗占全民总能耗中约35%。选择合适的相变材料(PCM),通过一定方法使其封装于建筑物的墙体、天花板及地板中,可降低室内气温波动,增加人体的舒适度,减少因建筑物致冷与取暖的能耗。另一方面,农作物秸秆是一种可再生的资源,我国每年秸秆总产量约7亿t,大部分秸秆被焚烧,对环境造成严重的污染。秸秆轻质、多孔的性质使其具有良好的保温隔热性能。因此,本研究以制备出具有隔热特点的墙体材料为目标,开展对秸秆定形相变材料的研究。 用稻秆作为相变材料的支撑与封装材料,以Na2SO4·10H2O为相变材料,用特定组成的水泥为胶结剂,制备出定形相变材料。论文研究了稻秆、Na2SO4·10H2O与水泥三者的质量比对定形相变材料性能的影响,结果表明：当稻秆掺量与胶结剂为1:3,水灰比为0.45时,定形相变材料的综合性能最佳,当稻秆掺量从1:2.5到1:6,定形相变材料的干密度增加了126.8%。当水灰比为0.45时,定形相变材料的抗压强度为0.7MPa。 以定形相变材料隔热性能为最佳研究目标,研究成型压力、养护时间对定形相变材料性能的影响,结果表明：当成型压力达到23KPa,养护时间为14d时,定形相变材料的隔热性能最好。在此条件下制备的秸秆定形相变材料测得干密度为595kg/m3,导热系数为0.07368W/m-K。 用自制的隔热性能测试装置测定了稻秆定形相材料的隔热性能,结果表明：与混凝土砌块相比,稻秆相变定形板在受热面温度达到80℃时,内表面起始温度为14℃时,内表面温度达到25℃的时间为15.5h,比混凝土砌块延长了7.5h。加热8h时两个内表面温差最大,相变板材的内表面温度比砌块低6.5℃；相变定形板降温48h后,内表面温度比混凝土砖高2.0℃。DSC测定表明稻秆复合相变材料的相变潜热为96.7J/g,相变温度为33.25℃。 用SEM观察了原状秸秆及负载有Na2SO4·10H2O秸秆的孔径及分布,并根据孔径大小和Young-Laplace公式,计算了稻秆微孔对液相存在的附加压强,结果证明,当微孔直径为200μm,附加压强为1.458KPa。分析得出,相变材料在微孔中由于表面张力和毛细管吸附力作用,使得相变材料在吸热和放热过程中不渗漏。 【关键词】：秸秆 相变材料 水合盐 定形相变材料
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 1 文献综述14-28
• 1.1 研究的背景及意义14-15
• 1.1.1 研究的背景14
• 1.1.2 研究的目的及意义14-15
• 1.2 相变材料的概述15-22
• 1.2.1 相变材料的定义15-16
• 1.2.2 相变材料的分类16-21
• 1.2.3 相变材料的特点21
• 1.2.4 相变材料的蓄热方式21-22
• 1.3 相变材料研究进展22-25
• 1.3.1 国外储能材料研究动态22
• 1.3.2 国内储能材料研究动态22-23
• 1.3.3 建筑储能材料的制备方法研究23-25
• 1.4 秸秆材料的概述25-27
• 1.4.1 秸秆的成分25
• 1.4.2 稻秆的结构25-27
• 1.5 研究的主要内容27-28
• 2 实验与方法28-35
• 2.1 实验原料28
• 2.2 主要仪器设备28-29
• 2.3 实验过程29-35
• 2.3.1 实验方法29-30
• 2.3.2 性能检测30-33
• 2.3.3 表征方法33-35
• 3 秸秆定形相变材料的制备与性能35-46
• 3.1 稻秆掺量对定形相变材料性能的影响35-37
• 3.1.1 稻秆掺量对试样干密度和吸水率的影响35-36
• 3.1.2 稻秆掺量对试样力学性能的影响36-37
• 3.2 水灰比对定形相变材料性能的影响37-39
• 3.2.1 水灰比对干密度和吸水率的影响37-38
• 3.2.2 水灰比对力学强度的影响38-39
• 3.3 成型压力对定形相变材料性能的影响39-40
• 3.3.1 成型压力对干密度和吸水率的影响39
• 3.3.2 成型压力对力学性能的影响39-40
• 3.4 养护时间对定形相变材料性能的影响40-42
• 3.4.1 养护时间对干密度和吸水率的影响40-41
• 3.4.2 养护时间对力学性能的影响41-42
• 3.5 秸秆相变定形材料的热学性能研究42-44
• 3.5.1 秸秆相变定形材料的导热系数42-43
• 3.5.2 隔热性能的分析43-44
• 3.6 本章小结44-46
• 4 秸秆对相变材料的封装作用46-57
• 4.1 十水硫酸钠相变与结晶过程46-48
• 4.1.1 Na_2SO_(4-)10H_2O晶体结构46
• 4.1.2 硫酸钠水合盐的相变机理46-47
• 4.1.3 晶体生长和热量运输47-48
• 4.2 秸秆复合相变材料的结构48-51
• 4.2.1 稻秆的显微结构49-50
• 4.2.2 稻秆微孔对相变材料的负载50-51
• 4.3 稻秆复合相变材料的储热性能51-53
• 4.4 秸秆对相变材料的封装作用53-55
• 4.5 本章小结55-57
• 5 结论57-58
• 展望58-59
• 参考文献59-64
• 致谢64-65
• 作者简介及读研期间主要科研成果65

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