摘 要

相变材料是相变储能技术的核心，常应用于建筑领域实现对太阳能的储存和释放，从而调节和控制室内温度。本文以癸酸和棕榈酸的二元复合酸为相变材料，并研究了二元酸的最佳配比及其热稳定性，以硅藻土为基体采用多孔吸附法进行吸附，得到癸酸/棕榈酸-硅藻土定型复合相变材料。按一定的质量比将相变材料加入石膏粉制备得到储能石膏板，然后通过实验分析，综合评价了储能石膏板的力学性能和热物性能。

为了研究二元酸复合相变材料的最佳配比，设计了一组不同配比的癸酸和棕榈酸混合物，利用步冷法得到各配比混合物的步冷曲线并绘出对应的二元相图，结果表明当癸酸和棕榈酸混合物达到低共熔点时，癸酸与棕榈酸的质量比为85.6:14.4。选择该质量比的二元酸作为相变材料，测得相变温度为24.43℃，相变潜热为153.24J/g，经过100次冻-融循环后，测定其热性能发现循环前后的相变温度和相变潜热值几乎不变，表明相变材料具有良好的热稳定性。

采用硅藻土对上述相变材料进行吸附制得定型复合相变材料，在石膏板制备过程中，分别掺入0%、10%、20%的相变材料制备了储能石膏板。测定试块的7d抗压强度分别为14.3MPa、7.25MPa、5.0MPa。对试块进行100次冷-热循环试验后再测其强度发现抗压强度分别为14.3MPa、7.7MPa、6.2MPa，且试块表明无白色物质析出，表明制备的储能石膏有良好的耐久性和密封性。对试块升温降温过程进行观察记录，发现在一定范围内，相变材料掺量越高，试块升温或降温速度越慢，保温性能越好。

关键词：癸酸，棕榈酸，相变材料，储能石膏，热稳定性

Abstract

Phase change material is the core of phase change energy storage technology, and it is often used in the building field to realize the storage and release of solar energy, so as to adjust and control the indoor temperature. In this paper, the binary compound acid of capric acid and palmitic acid was used as phase change material, and the best ratio of dibasic acid and its thermal stability were studied. the capric acid / palmitic acid diatomite composite phase change materials were obtained by porous adsorption method with diatomite as the matrix. The phase change material was added to gypsum powder according to certain quality ratio to get the energy storage gypsum board, and then through the experimental analysis, the mechanical properties and thermal properties of the energy storage gypsum board were evaluated comprehensively.

In order to study the best proportion of binary acid composite phase change materials, a series of mixtures of CA and PA were designed, and the step cooling curve of the mixture was obtained by step cooling method. the results showed that the mass ratio of capric acid to palmitic acid was 85.6:14.4 when the mixture of capric acid and palmitic acid reached the low melting point. The binary acid of this mass ratio is chosen as the phase change material, the phase change temperature is 24.43℃ and the latent heat of phase change is 153.24J/g. After 100 cycles, the phase change temperature and latent heat value are almost constant, indicating that the phase change material has good thermal stability.

The figurate composite phase change material was prepared by diatomite. In the preparation process of gypsum board, the energy storage gypsum board was prepared by adding 0 %, 10 % and 20 % phase change materials respectively. The 7d compressive strength 14.3MPa, 7.25MPa, 5.0MPa respectively. After 100 cold and hot cycle tests on the test block, the compressive strength of the specimens were 14.3MPa, 7.7MPa, 6.2MPa. The test block shows that there is no white material precipitation, indicating that the prepared energy storage gypsum has good durability and sealing. It is found that in a certain range, the higher the content of the phase change materials, the slower the test block heating or cooling rate, the better insulation performance.

Key Words：capric acid (CA), palmic acid（PA）, phase change materials (PCM), energy storage gypsum, thermal stability

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.1全球化能源问题 1

1.1.2国内能源问题 1

1.2 相变材料 1

1.2.1相变材料储/放热原理 1

1.2.2相变材料的选择 2

1.2.3相变材料的分类 3

1.2.4相变材料的研究进展 3

1.3研究目的及内容 4

1.3.1选题目的及意义 4

1.3.2主要研究内容 4

1.3.3拟定的技术路线 5

第2章 实验原料、仪器及过程 6

2.1实验原料 6

2.1.1相变材料 6

2.1.2硅藻土 6

2.1.3石膏 6

2.2实验仪器 6

2.2.1温度巡检仪 6

2.2.2差示扫描量热仪 7

2.2.3扫描电镜 7

2.2.4强度测试仪 7

2.3实验过程 7

2.3.1癸酸-棕榈酸复合相变材料的制备 7

2.3.2复合相变材料的热稳定性测试 8

2.3.3硅藻土基定型相变材料的制备 8

2.3.4储能石膏板的制备和性能测试 8

第3章 癸酸-棕榈酸复合相变材料的制备和测试 10

3.1癸酸-棕榈酸复合相变材料的制备 10

3.1.1癸酸-棕榈酸相变材料的配制 10

3.1.2相变材料的筛选 10

3.2癸酸-棕榈酸复合相变材料的热稳定性测试 12

3.3本章小结 12

第4章相变储能石膏板的制备和性能测试 14

4.1相变储能石膏板的制备 14

4.1.1定型复合相变材料的制备 14

4.1.2相变储能石膏板的制备 15

4.2相变储能石膏板的性能测试 15

4.2.1相变储能石膏板的力学性能 15

4.2.2相变储能石膏板的热学性能 16

4.3本章小结 17

第5章 结论与展望 19

5.1结论 19

5.2展望 19

参考文献 21

致谢 22

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1全球化能源问题

能源自古以来都是社会发展过程中的重要一环，能源利用体现在各个行业的各个方面。然而地球上的能源不是取之不尽，用之不竭的，如何合理高效利用能源就成了全球社会发展中不可避免的问题。一般不可再生能源如化石能源具有十分漫长的形成周期，储量十分有限，长期使用将无以为继，直至枯竭^[1]。如果依据当前已经统计到的存储量及开采速率计算，化石能源可供使用100 年左右，其中，石油、煤炭和天然气大约还可使用的年限分别为30~50、60~80 年、100~150 年。而且这些化石能源在开发和使用的过程中，会释放大量的有毒有害物质^[2]。这不仅会对人们的健康构成极大的威胁，而且一旦超过环境所能承受的极限，将会触发全球范围内的气候恶化、环境污染、生态破坏等诸多问题，对地球造成极大的破坏。

随着全球科学技术的进步，越来越多的国家开始重视化石能源使用过度带来的能源枯竭和环境污染问题，为实现可持续、环境友好型的发展道路，开始开发新型能源 ^[3]。而太阳能作为最常见的可再生清洁能源，有着分布广、储量大等优点，成为相关领域的研究热点。针对太阳能的应用研究自然而然地成为了促进能源应用的多元化、实现可持续协调发展的重要途径之一^[4,5]。