節(jié)能建筑中太陽(yáng)能熱利用蓄熱材料的研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著建筑業(yè)的迅猛發(fā)展，建筑能耗呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)，建筑節(jié)能已成為建筑業(yè)未來(lái)發(fā)展的方向。因此，建筑節(jié)能技術(shù)的研究和建筑節(jié)能材料的開(kāi)發(fā)，已成為降低建筑能耗的根本途徑。由于新興的綠色能源太陽(yáng)能具有資源豐富、清潔無(wú)害和地域限制少的優(yōu)點(diǎn)，其產(chǎn)品與建筑的結(jié)合成為實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的新思路。本文根據(jù)太陽(yáng)能熱利用蓄熱材料的結(jié)構(gòu)與性能要求，以煤泥、粉煤灰等固體廢棄物為主要原料，設(shè)計(jì)了Ca-Al-Si系蓄熱陶瓷組成并制備了樣品，探討了煤泥的添加量對(duì)蓄熱陶

2、瓷各項(xiàng)性能的影響規(guī)律。通過(guò)改變制備工藝和配方組成，探討了提高致密度和抗熱震性能的方法和途徑。采用擠出成型技術(shù)制備了蜂窩陶瓷，研究了不同的封裝劑與蜂窩陶瓷的結(jié)合性；在蜂窩陶瓷中封裝相變材料，研制了太陽(yáng)能熱利用潛-顯熱復(fù)合蓄熱材料。
　　以鄂爾多斯的煤泥、粉煤灰、鉀長(zhǎng)石、白云石、石英為原料，設(shè)計(jì)了Ca-Al-Si系 L系列蓄熱陶瓷配方組成，采用半干壓成型技術(shù)和常壓燒結(jié)工藝制備了節(jié)能建筑用蓄熱陶瓷。采用XRD、SEM等現(xiàn)代測(cè)試手段對(duì)樣品

3、進(jìn)行了結(jié)構(gòu)與性能的表征，探討了配方組成和燒成溫度對(duì)樣品結(jié)構(gòu)與性能的影響。研究結(jié)果表明，煤泥的合理利用范圍為40％~60%，廢料總利用率達(dá)70%，最佳燒成溫度為1220℃；經(jīng)1220℃燒成的L1～L3樣品的抗折強(qiáng)度較高，分別為54.92MPa、61.00MPa、64.24MPa，滿足蓄熱陶瓷對(duì)強(qiáng)度的要求；樣品的吸水率分別為0.31%、0.36%、0.48%，達(dá)到小于<0.5%的目標(biāo)；其體積密度分別為2.25g/cm3、2.09g/cm3、

4、2.03g/cm3?？篃嵴饻y(cè)試表明，熱震（500℃~室溫，風(fēng)冷）循環(huán)30次后，樣品無(wú)開(kāi)裂；L1、L2、L3樣品的熱震損失率分別為-22.14%、15.38%、23.93%。SEM和XRD測(cè)試表明， L系列樣品的主晶相組成為鈣長(zhǎng)石、莫來(lái)石和α-石英；莫來(lái)石的存在可在一定程度上提高樣品的強(qiáng)度和抗熱震性能。
　　顯熱陶瓷的蓄熱密度與其體積密度成正比，為提高樣品蓄熱性能，在L2、L3配方的基礎(chǔ)上，以5%的廣東英德鈉長(zhǎng)石和5%的江西新余鋰瓷

5、石代替10%的鄂爾多斯白云石，設(shè)計(jì)了F系列配方組成。研究結(jié)果表明，經(jīng)1260℃燒成的F1樣品性能最優(yōu)。F1樣品的體積密度為2.32g/cm3，較 L2的2.09g/cm3提高了11.00%；F1樣品的抗折強(qiáng)度為68.65MPa，較L2的61.00MPa增加了12.54%。熱震測(cè)試表明，熱震30次后F1樣品的熱震損失率為6.79%，比L2的15.38%減少了55.85%，抗熱震性能較L2得到改善。SEM和XRD測(cè)試表明，樣品的主晶相為針棒

6、狀的莫來(lái)石和顆粒狀的α-石英晶體，同時(shí)樣品斷面的氣孔形狀和分布更加均勻，使得樣品更加致密、強(qiáng)度提高。致密化的機(jī)理是鋰瓷石、鈉長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石在高溫下形成了Li2O-Na2O-K2O共熔物，填充了氣孔和間隙，使樣品更加致密。
　　為了進(jìn)一步提高樣品的抗熱震性能，在F1配方的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變?nèi)蹌┑姆N類(lèi)和含量，設(shè)計(jì)了X系列配方組成，探討了熔劑對(duì)樣品抗熱震性能的影響機(jī)理。研究結(jié)果表明，經(jīng)1240℃燒成的X3（鋰瓷石10%）樣品綜合性能最優(yōu)，其

7、吸水率、氣孔率、體積密度、抗折強(qiáng)度分別為0.24%、0.56%、2.32g/cm3、85.41MPa，較F系列性能優(yōu)異。室溫～300℃的熱膨脹系數(shù)為5.97×10-6℃-1；300℃的熱導(dǎo)率為1.29W/(m·K)，蓄熱密度為519.35kJ/kg，滿足了節(jié)能建筑中對(duì)蓄熱陶瓷的使用性能要求?？篃嵴饻y(cè)試表明，X系列樣品在熱震循環(huán)過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生開(kāi)裂或出現(xiàn)裂紋的現(xiàn)象，X3樣品抗熱震30次后強(qiáng)度為83.74MPa，強(qiáng)度損失率為1.97%，熱震3

8、0次后的吸水率、氣孔率、體積密度分別為0.25%、0.57%、2.33g/cm3，熱震后的各項(xiàng)性能較F系列和L系列樣品優(yōu)異。SEM和XRD測(cè)試表明，樣品的主晶相為針棒狀的莫來(lái)石和顆粒狀的α-石英晶體，樣品中的莫來(lái)石晶體相互交織成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，賦予了樣品較高的強(qiáng)度和抗熱震性能?？篃嵴饳C(jī)理研究表明樣品強(qiáng)度的增加以及結(jié)構(gòu)中形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)提高了樣品的抗熱震性能。
　　優(yōu)選X3配方組成采用擠出成型制備了蜂窩陶瓷；利用封裝劑將相變材料封裝于蜂