摘 要

本论文以癸酸-硬脂酸二元体系为相变材料，以多孔陶粒为载体，采用真空吸附与常压吸附的方法，制备出癸酸-硬脂酸/陶粒复合相变储热材料，通过DSC、FT - IR、热循环稳定性分析对制备的复合相变储能材料进行结构和性能研究。

结果表明：当癸酸的质量百分数为86%时为低共熔体系，此时实测相变温度为26.8℃；DSC结果进一步表明该体系为低共熔体系，在低共熔点实测凝固相变焓为158.81J/g，实测熔化相变焓为161.87J/g；多孔陶粒与癸酸-硬脂酸体系没有发生化学反应，两者之间是物理吸附；硅溶胶包覆的效果最好，300次热循环质量损失为2.17%，只有铝溶胶包覆和无包覆时的1/3；相比于真空吸附，常压吸附的饱和吸附量小，吸附时间短。

陶粒自带多孔结构，有较高的硬度，成本低廉，能和其他建筑材料如混凝土等有良好的相容性。由本论文实验结果可以知道，癸酸-硬脂酸二元体系的相变温度在人体舒适范围内，相变焓较高，适合用来平衡室内温度。因此，癸酸-硬脂酸/陶粒复合相变储热材料在建筑材料领域有很广泛的应用前景。

关键词：癸酸；硬脂酸；陶粒；复合相变储热材料；热循环

Abstract

In this paper, the capric acid and stearic acid binary system has been employed as phase-change material, porous ceramsite has been employed as supporter, two different adsorption method which called vacuum adsorption and atmospheric pressure adsorption has been used as to prepare capric acid and stearic acid / ceramsite composite phase-change material, differential scanning calorimetry (DSC), infra-red absorption spectroscopy(FT - IR) and thermal cycling stability analysis have been used to study the structure and performance of the prepared composite phase change energy storage material.

Results show: the capric acid and stearic acid binary system is eutectic system, when mass percent of capric acid is 86%, there is eutectic point, and measured phase transition temperature is 26.8℃; DSC results further show that the system is a low eutectic system and the measured enthalpy of phase transition during the freezing process is 158.81J/g, the measured enthalpy of phase transition during the melting process is 161.87J/g around the eutectic point; there is no chemical reaction between the ceramsite and the capric acid and stearic acid binary system, and it is physical adsorption; the effect of silica sol coating is the best, and mass loss is 2.17% after 300 thermal cycles, which is only one third of the alumina sol coating and no coating; compared to the vacuum adsorption, atmospheric pressure adsorption has small saturated adsorption capacity but short adsorption time.

Ceramsite has vesicular structure, higher hardness, low cost, and good compatibility to other construction material such as concrete. By the experimental results of this paper it can be known that the phase-transition temperature of the capric acid and stearic acid binary system is within the comfort of the human body, phase change enthalpy is high, so it is suitable to balance room temperature. Consequently, the capric acid and stearic acid / ceramsite composite phase-change material has a very wide range of application prospects.

Key words: capric acid; stearic acid; ceramsite; composite phase-change thermal storage materials; thermal cycles

目录

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2储热技术概叙 1

1.3相变储热材料分类及特点 2

1.4复合相变储热材料研究综述 3

1.4.1复合相变储热材料研究进展 4

1.4.2复合相变储热材料的应用 4

1.5论文选题意义与研究内容 5

1.5.1选题意义 5

1.5.2研究内容 5

第二章 实验 6

2.1原料 6

2.2实验过程及复合相变储热材料的制备 6

2.2.1论文的设计思路 6

2.2.2实际操作过程 6

2.3测试与表征 7

2.3.1步冷曲线 7

2.3.2红外光谱 7

2.3.3示差扫描量热法（DSC） 8

2.3.4热稳定性分析 9

第三章 结果与讨论 10

3.1步冷曲线分析 10

3.2 DSC分析 12

3.3 FT - IR分析 13

3.4热稳定性分析 15

3.5不同吸附工艺分析 16

第四章 结论与展望 18

4.1结论 18

4.2展望 18

致谢 19

参考文献 20

第一章 绪论

1.1研究背景

能源一直是人类社会发展的重要基础^[1]，能源的使用与人类社会的发展紧密相关。随着全球工业飞速发展，能源问题越来越受到国家的重视。石油、煤炭、天然气等这些不可再生能源，是过去十几亿年地球的变迁中不断积累形成的。这些能源被消耗之后，在短时间内是不可能重新形成的，所以随着人类对其开发和使用，储藏量不断减少，最终全球将面对能源危机^[2]。同时，传统的化石能源在开发和使用的过程中将会产生大量的有害物质，这会导致环境问题，比如引发全球环境污染、生态破坏、气候恶化等。随着能源和环境问题的日愈凸显，开发利用可再生能源和节能减排已成为世界各国缓解能源供需矛盾、减轻环境污染、调整能源结构、转变经济增长方式和促进农村经济建设的重要途径。

太阳能现阶段广泛认可的一种可再生清洁能源，广泛分布在全球，而且具有很大的储存量。在全球资源与环境问题日益严峻的形势下，开发和利用太阳能是促进能源应用多元化、确保能源安全、实现可持续发展的重要途径之一。太阳能作为一种可再生能源，受各种因素影响，到达地面的太阳能具有不连续性^[3]，这个不足之处大大限制了其推广应用。另外，在水泥、冶炼、钢铁等传统的髙能耗企业，其生产过程中会产生大量的余热，提高这些高能耗企业余热的回收利用效率，也是节能减排的重要措施，这就对储热技术提出了更高的要求。蓄热技术可以根据不同的应用环境，选择不同的储存方式，不仅可以解决太阳能利用过程中的不连续性，为其提供连续的热源，为其应用奠定了基础，而且，储热技术在电力的“削峰填谷”方面、在传统高能源消耗企业的余热回收利用方面以及现今广泛提到的建筑釆暖方面都会有非常广泛的应用前景。因此，热能储存技术是目前极具发展潜力的节能减排方式，已经成为近年来科研工作者的研究热点。