CN101074157A - 自控相变储能节能材料及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种自控相变储能节能材料及其生产方法，该材料按材料总重量为100份计算的配比如下：水泥25～35份；粉煤灰5～8份；含有石蜡的相变粉20～30份；磨细矿渣粉4～8份；胶粉3～6份；纤维1～3份；轻骨料20～30份。上述轻骨料是玻化微珠或聚苯颗粒，其外表可分布有甲醛分解剂。本发明利用相变调温机理，通过蓄能介质的相态变化实现对热能储存释放，来改善室内热循环质量，解决了相变材料在循环过程中热物理性质易退化的问题，并解决了相变材料易从基体中泄漏的问题，其应用可促使房间内的气温稳定及空调***工况的平稳，提高建筑围护结构的绝热性、蓄热性和湿呼吸性能。

Description

自控相变储能节能材料及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种建筑墙体的保温材料及其生产工艺。

背景技术

现代建筑向高层发展，要求所用围护结构为轻质材料。但普通轻质材料热容较小，导致室内温度波动较大。这不仅造成室内热环境不舒适，而且还增加空调负荷，导致建筑能耗上升。我国建筑能耗占全国总能耗的27％。为了贯彻节能降耗、持续发展的国策，***提出了三步节能65％的新建筑节能标准。要达到上述标准，就必须改进传统的墙体保温材料和施工工艺。传统的建筑保温隔热材料包括聚苯板材(EPS)、胶粉聚苯颗粒和聚氨酯硬发泡材料，这些材料均具有单一热阻性功能，其防火、抗压、抗裂性能差，受气候变化影响较大，容易造成安全隐患，并且在燃烧时会产生有毒物质，难以符合环保要求，也难以达到建筑节能65％的标准。上述传统材料的具体特点如下：

1、聚苯板材(EPS)

抗压性：板材自身的强度低，只能靠水泥砂浆层来维持其表面的强度，易被破坏且不易修补。

抗裂性：板材在施工中是经拼凑组合而成，它在拼凑处受热应力的影响，会不同成度的产生裂缝，且由于裂缝本身的热桥反应，使其保温体系受到破坏而失效。

耐候性：聚苯板本身不透气，且板材与主墙体之间由于温差产生凝水，在外保温情况下由于凝结水反复凝结融化，使保温体系被破坏。并且，板材与主墙体之间属空腔粘结，在负风压的作用下，有被风揭掉的危险，高层建筑尤为明显。

防火性：B1级或B2级，当有火灾发生时材料在明火状态下会软化，达到燃点时会燃烧，存在安全引患。

环保性：聚苯板燃烧时产生的气体为剧毒的苯气，会对人体造成严重的伤害。

施工：仅限于规则墙体和平整强面，且要处理板缝，用聚合物粘结，再抹聚合物来加强其强度，施工复杂，需要专业的施工队伍，影响工期。

经济性：根据材料密度不同，价格不同，工期长不节省其成本，且用的辅料多。

2、胶粉聚苯颗粒

抗压性：聚苯颗粒为主要成份，由于聚苯颗粒本身强度不高，因此它的抗压性不强，需加水泥砂浆进行表面处理，提高其强度。

抗裂性：它的组成是由聚苯颗粒与胶粉聚合而成，不易粘结，时间稍长，便会产生空鼓与裂缝。

耐候性：聚苯颗粒属于大分子物质，分子链很容易被外界的因素破坏，一旦表面被破坏，不仅影响了整个保温体系的保温性，而且一旦遇水它也会“受潮回软”，粘结力丧失而脱落，隐患重重。

防火性：B1级。

环保性：胶粉聚苯颗粒都来自于回收聚苯板粉碎而成，回收的来源不定，且聚苯颗粒燃烧时生成的气体也是苯气，为剧毒物质。

施工：材料在工地现场配比，聚苯颗粒质量轻，容易散失，配比时不仅浪费了一部份聚苯颗粒，而且还污染了工地环境。

经济性：本产品是由板材与胶粉复合而成的，结构松散，配比时需要专业队伍，工艺造价高。

3、聚氨酯硬发泡材料

抗压性：该材料的面层料与聚氨酯保温层之间主要靠界面砂浆来保证。

抗裂性：原材料本身干燥后比较脆，随着时间在老化过程中基底容易产生裂缝，由于聚氨酯保温层与面层料之间，也容易产生脱层导致裂缝产生。

耐候性：聚氨酯属石油衍生物，抗老化性能差，时间越长，降解的程度就越重，而且温度越高，老化程度就越快。

防火性：多为B级不燃或可燃，在公共场所、车库等部位使用受限制。

环保性：此产品一旦燃烧，产生的苯气，会对人造成严重烧伤。且为剧毒物质。

施工：喷聚氨酯硬发泡前先做基层处理，要靠特别底漆做粘结层，对建筑物墙体表面处理要求较高，如清洁、干燥程度等，如果施工达不到要求就会对粘结度造成很大影响，安全性就存在隐患，另外，面层材料与聚氨酯的结合主要靠砂浆来保证，工艺要求高，否则，就会造成面层材料与聚氨酯之间的粘结问题，存在二次安全隐患，施工程序繁杂，且需要专业的施工队伍。

经济性：工艺造价较高。

在另一方面，相变储能建筑材料应用于建材的研究始于1982年，由美国能源部太阳能公司发起。20世纪90年代以相变材料PCM处理建筑材料(如石膏板、墙板与混凝土构件等)的技术发展起来了。随后，相变材料PCM在混凝土试块、石膏墙板等建筑材料中的研究和应用一直方兴未艾。1999年，国外又研制成功一种新型建筑材料—固液共晶相变材料，在墙板或轻型混凝土预制板中浇注这种相变材料，可以保持室内温度适宜。另欧美有多家公司利用相变材料PCM生产销售室外通讯接线设备和电力变压设备的专用小屋，可在冬夏天均保持在适宜的工作温度。相变材料与建筑材料的复合工艺目前主要有以下几种方法：(a)将PCM密封在合适的容器内。(b)将PCM密封后置入建筑材料中。(c)通过浸泡将PCM渗入多孔的建材基体(如石膏墙板、水泥混凝土试块等)。(d)将PCM直接与建筑材料混合。

就目前来说，现存的问题主要在相变储能建筑材料耐久性以及经济性两个方面。耐久性问题主要有相变材料在循环过程中热物理性质的退化问题、相变材料易从基体的泄漏问题、相变材料对基体材料的作用问题。经济性的问题是相变材料的加入增加了施工工序和工程预算，以致丧失了与传统材料的竞争能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种自控相变储能节能材料及其生产方法，主要解决传统墙体保温材料潜热值较低、难以达到建筑节能65％的问题；并解决相变材料易从基体的泄漏，传统墙体保温材料抗压强度低、容易受气候变化影响产生伸缩裂缝、从而造成材料抗老化性能差，粘结力丧失而脱落，导致整个建筑保温体系失效、甚至造成安全隐患的问题；同时解决传统保温材料防火性差、施工程序繁杂，工艺造价高，无法满足节能环保要求的问题。

本发明的目的是这样实现的：这种自控相变储能节能材料，是一种粉状的混合物，其特征在于按材料总重量为100份计算的配比如下：

水泥：            25～35份；

粉煤灰：          5～8份；

含有石蜡的相变粉：20～30份；

磨细矿渣粉：      4～8份；

胶粉：            3～6份；

纤维：            1～3份

轻骨料：          20～30份。

上述含有石蜡的相变粉是石蜡相变添加剂、或者主要成分是微晶石蜡粉、粗晶石蜡粉或乳化石蜡粉的相变粉。

上述胶粉可为551胶粉、5044胶粉、MC胶粉、可再分散速溶胶粉或可再分散性乳胶粉。

上述纤维可以是甲基纤维素、杜拉纤维、木质纤维、聚丙烯短纤维、水镁石纤维、甲基纤维素或由2/3重量的甲基纤维素和1/3重量的杜拉纤维组合而成的混合纤维。

上述轻骨料可以是玻化微珠或聚苯颗粒。

上述轻骨料的外表可喷有甲醛分解剂。

一种上述自控相变储能节能材料的生产方法，其特征在于步骤如下：

步骤1，将水泥、粉煤灰、相变粉、磨细矿渣粉、胶粉、纤维、依照配比，投入混合机内搅拌均匀；

步骤2，将轻骨料玻化微珠或聚苯颗粒，投入混合机内继续搅拌，充分混合均匀；

步骤3，包装，出成品。

一种上述自控相变储能节能材料的生产方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、将水泥、粉煤灰、相变粉、磨细矿渣粉、胶粉、纤维、依照配比，投入混合机内搅拌5-8分钟，使其均匀；

步骤2，在轻骨料玻化微珠或聚苯颗粒表面喷洒甲醛分解剂；

步骤3、待表面的甲醛分解剂自然干躁或烘干；

步骤4、将喷洒了甲醛分解剂的轻骨料玻化微珠或聚苯颗粒，投入混合机内继续搅拌58分钟，充分混合均匀；

步骤5、包装，出成品。

本发明经国家建筑材料测试中心检验，技术性能参数如下：

项目	要求
		Ph	≥7
干密度kg/m3	≤500
		潜热值(干密度kg/m3或相变添加剂kJ/8kg)kJ	≥2000(以固态水发生相变时比较)
抗压强度Kpa	≥100
		不燃性级	应不低于GB8624中B1级规定
放射性	符合GB6566中3.1建筑主体材料的规定

污染限量要求：

项目	要求
		氡Bq/m3	≤200
甲醛mg/m3	≤0.08
		苯mg/m3	≤0.09
氨mg/m3	≤0.20
		总挥发性有机物(VOC)Bq/m3	≤0.50

本发明与现有传统技术相比具有以下有益效果：

(一)、提高了保温节能性能，具有自控调温的能力。

本发明利用相变调温机理，通过蓄能介质的相态变化实现对热能储存释放，来改善室内热循环质量。当环境温度低于一定量值时，相变材料由液态凝结为固态，形成放热；当环境温度高于一定量值时，相变材料由固态熔化为液态，形成吸热，使室温相对平衡。本发明中的相变材料储热值很高，能将多余热量储存起来，并适时平稳向外释放，使室温变化梯度减小，保持室温趋近恒定。本发明利用相变蓄热调温机理，可改善当前大城市电力紧张状况，通过对电负荷“削峰平谷”，充分利用低谷电价，降低住户用电成本。

本发明自控相变储能节能材料中的各组分相互作用，防止了材料热物理性质的退化。本发明的自控相变储能节能材料以独特的自控功能，改变了当今建筑室内单纯依靠空调、采暖设备调节室温的模式。本发明的材料将热阻性和热熔性结合应用于建筑节能，同时打破了传统保温隔热材料只具有单一热阻性功能。本发明的自控相变储能节能材料各组分配比恰当，从而不易从基体中泄漏，具有良好的黏结性、隔音性、环保性能和应用性。

本发明利用相变调温机理有效提高墙体的保温隔热性能，可降低顶层、靠边、首层等居住环境的采暖空调能耗，使整个建筑各个位置节能效果均衡，同时提高夏季隔热和冬季保温的性能指标，有利于实现分户采暖政策的实施。

本发明提高了保温砂浆的施工性能、耐水性能、防水性能及软化系数，本发明在无机胶凝粉料中加入了相变粉，使材料的潜热值大于2000KJ，达到6500KJ，传热系数0.563W/(m²k)，使所保护的对象的温度不会因环境温度升高或降低产生明显的变化。由于相变材料的自控固液相变转化，存在着吸热和放热过程，起到很好的蓄热、蓄能作用，所以具有保温、隔热双重效果，从而改善了室内的热环境，降低了能源消耗，实现了节能的目的。

(二)、抗裂防潮

由于石蜡材料本身的有机物与主墙体之间的游离酸反应直接渗入主墙体的微孔隙之中，从而形成共同体，抗击自然原因及其它原因引起的裂缝的产生能力很强，可提高墙体气密性，热容量，降低了墙体含湿率，有效防止冷辐射及空调对人体的危害，提高办公、居住的舒适性。且材料中的水镁石纤维与木质纤维的特殊构造形成网状拉力结构，从而保证了材料的整体性，不易被破坏。水镁石也称氢氧镁石(Brucite)Mg(OH)₂，是蛇纹岩或白云岩中的典型低温热液蚀变矿物，化学组成：MgO 69.12％，H₂O 30.88％。水镁石的晶体结构属层状，单晶体呈厚板状，常见者为片状集合体，有时成纤维状集合体，称为纤水镁石(nemalite)。

本发明配料中的纤维可形成网状拉力抗裂结构，整体性好，可有效防止裂缝产生。

本发明配料中的轻骨料具有组织结构稳定的硅氧四面体，可确保材料的使用寿命。

本发明在材料中加入了可再分散胶粉，具有成膜快、粘度高、流平性好、保湿性强、硬度高、防裂性能好、抗酶、抗老化、性能稳定、无毒、无害、无污染、无放射性、使用方便，使用量小、成本低廉的特点。

本发明干燥成型后，具有湿呼吸性，有效防止主墙基底的冷凝水造成的空鼓、裂缝、脱落、结露、起皮、发霉等建筑先天不足的问题。

经国家建筑材料测试中心检验，本发明的干表观密度为235kJ/m3，水蒸气湿流密度为1.56g/(m²k)。

(三)、抗压性好：经国家建筑材料测试中心检验，材料的压剪粘结强度达到216KPa，抗压强度达到235Kpa，抗冲击力能力强，不易被破坏。

(四)、耐候性好：由于材料本身的物质都来原于天然的矿物质，惰性强，分子结构稳定，因此不易被水蒸气、负风压、高温辐射、热应力等因素分解，不影响其保温性，且经中国建筑材料检测中心对样品做冻融性检测，结论是表面无裂纹、无龟裂、无脱落。

(五)、防火性能佳：经国家建筑材料测试中心检验，本发明属A级不燃。

(六)、吸音降噪

本发明配料中的轻骨料具有许多不穿透的中空结构、隔音效果理想，可有效控制震动源和阻隔撞击楼板的声波传递阻止空气波传递，降低音量分贝数。分别使用在分户隔墙、顶棚、地板部位，可解决住户之间及城市噪音干扰。

(七)、灭菌消毒

本发明因相变材料中含有纯天然香萜和香醇物质，具有驱虫、灭菌、除臭作用，能够满足人们对居住环境更高层次的卫生要求。

(八)、绿色环保

本发明材料中不含放射性物质，也没有可挥发性有毒气体。可以在轻骨料表面喷上甲醛分解剂，具有甲醛分解功能，材料上墙后可形成一层细微的具有长期效果的分解层，专门用来分解室内甲醛与二氧化碳，无腐蚀、无污染、无异味、对环境和人体无害、确保了室内达到绿色环保标准。经检测，可以将有害气体分解且与之吸收，即有吸音降噪之功能。

(九)、施工简便

本发明为常温、常压生产，施工简便，按比例加水搅拌均匀后，直接涂抹；可替代基底抹灰层，并具有防潮及防泛碱效果。本发明属保温砂浆类产品，适用面广，可用于外墙、内墙、屋面、楼梯间、顶棚、分户隔墙及墙体异形拐角处匀能使用，可操作性好，且工艺流程简便易行，同样的施工面积工期比板材可缩短15％。

(十)、经济性：本发明应用于墙体时，墙面无需处理，施工轻便，可机器搅拌，大大缩短工期，可在满足建筑节能65％的前提下，节省1/3的施工成本。

综上，本发明解决了相变材料在循环过程中热物理性质不易退化的问题；相变材料易从基体的泄漏问题。其应用可促使房间内的气温稳定及空调***工况的平稳，提高建筑围护结构的绝热性、蓄热性和湿呼吸性能，促使人类居住条件实现自然化、舒适化、智能化、节能化。

具体实施方式

实施例一：这种自控相变储能节能材料是一种粉状的混合物，按材料总重量为100份计算的配比如下：

(1)、水泥35份。

(2)、粉煤灰5.5份。

(3)、含有石蜡的相变粉25份。上述含有石蜡的相变粉为河北保定华工厂生产的石蜡相变添加剂，可以是由微晶石蜡粉、粗晶石蜡粉或乳化石蜡粉与季戊四醇的混合物。

(4)、磨细矿渣粉5份。

(5)、551胶粉4份。还可选择市场上销售的5044胶粉、德国进口的551胶粉，MC胶粉、BHW-可再分散速溶胶粉或VA-8可再分散性乳胶粉。

(6)、杜拉纤维0.5份；甲基纤维素(MC)1份。也可以选择木质纤维、聚丙烯短纤维、水镁石纤维、或由上述纤维组合而成的混合纤维。上述纤维的长度为1-1.5cm。

(7)、玻化微珠轻骨料24份。喷在轻骨料表面的甲醛分解剂选择市场上公开销售的产品，例如青岛路博产的含有甲醛溶解酶的甲醛清除剂、除甲醛剂。

实施例二：这种自控相变储能节能材料是一种粉状的混合物，按材料总重量为100份计算的配比如下：

(1)、水泥27.5份。

(2)、粉煤灰7.5份。

(3)、含有石蜡的相变粉25份。上述含有石蜡的相变粉为河北保定华工厂生产的石蜡相变添加剂，或由微晶石蜡粉、粗晶石蜡粉或乳化石蜡粉与季戊四醇的混合物。

(4)、磨细矿渣粉6份。

(5)、551胶粉4份。还可选择市场上销售的5044胶粉、德国进口的551胶粉，MC胶粉、BHW-可再分散速溶胶粉或VA-8可再分散性乳胶粉。

(6)、杜拉纤维0.5份；甲基纤维素(MC)1.5份。也可以选择木质纤维、聚丙烯短纤维、水镁石纤维、或由上述纤维组合而成的混合纤维。上述纤维的长度为1-1.5cm。

(7)、玻化微珠轻骨料28份。喷在轻骨料表面的甲醛分解剂选择市场上公开销售的产品，例如青岛路博产的含有甲醛溶解酶的甲醛清除剂、除甲醛剂。

实施例三：这种自控相变储能节能材料是一种粉状的混合物，按材料总重量为100份计算的配比如下：

(1)、水泥27份。

(2)、粉煤灰7.5份。

(3)、含有石蜡的相变粉27份。上述含有石蜡的相变粉可以是石蜡相变添加剂，或由微晶石蜡粉、粗晶石蜡粉或乳化石蜡粉与粉料载体的混合物。

(4)、磨细矿渣粉6.5份。

(5)、551胶粉5份。还可选择市场上销售的5044胶粉、MC胶粉、BHW-可再分散速溶胶粉或VA-8可再分散性乳胶粉。

(6)、水镁石纤维1份和木质纤维1份，上述纤维的长度为1-1.5cm。

(7)、轻骨料玻化微珠或聚苯颗粒25份。甲醛分解剂选择市场上公开销售的产品，例如青岛路博产的含有甲醛溶解酶的甲醛清除剂、除甲醛剂。喷洒量以轻骨料表面润湿或以需要为宜。

实施例四：这种自控相变储能节能材料是一种粉状的混合物，按材料总重量为100份计算的配比如下：

(1)、水泥25份。

(2)、粉煤灰6份。

(3)、含有石蜡的相变粉30份。可以是石蜡相变添加剂，或由微晶石蜡粉、粗晶石蜡粉或乳化石蜡粉与无机粉料载体的混合物。

(4)、磨细矿渣粉6份。

(5)、551胶粉6份。还可选择市场上销售的5044胶粉、MC胶粉、BHW-可再分散速溶胶粉或VA-8可再分散性乳胶粉。

(6)、杜拉纤维1份；甲基纤维素(MC)2份。也可以选择木质纤维、聚丙烯短纤维。或由上述纤维组合而成的混合纤维。上述纤维的长度为1-1.5cm。

(7)、低导热系数的玻化微珠或聚苯颗粒轻骨料24份。轻骨料的外表喷有甲醛分解剂。甲醛分解剂可选择市场上公开销售的产品，例如青岛路博产的含有甲醛溶解酶的甲醛清除剂、除甲醛剂。

这种自控相变储能节能材料的生产方法实施例如下：

实施例一，步骤如下：

步骤1，将水泥、粉煤灰、相变粉、磨细矿渣粉、胶粉、纤维、依照上述配比，顺序投入混合机内搅拌7分钟，使其混合均匀。

步骤2，将轻骨料玻化微珠或聚苯颗粒，投入混合机内继续搅拌，充分混合7分钟。

步骤3，储存、包装，出成品。

实施例二，步骤如下：

步骤1、将水泥、粉煤灰、相变粉、磨细矿渣粉、胶粉、纤维、依照上述配比，投入混合机内搅拌6分钟，使其混合均匀；

步骤2，在轻骨料玻化微珠或聚苯颗粒表面喷洒甲醛分解剂；

步骤3、待轻骨料表面的甲醛分解剂自然干躁或烘干；

步骤4、将表面喷洒了甲醛分解剂的轻骨料玻化微珠或聚苯颗粒，投入混合机内继续搅拌6分钟，充分混合均匀；

步骤5、包装，出成品。

Claims (8)

1.一种自控相变储能节能材料，是一种粉状的混合物，其特征在于按材料总重量为100份计算的配比如下：

水泥：            25～35份；

粉煤灰：          5～8份；

含有石蜡的相变粉：20～30份；

磨细矿渣粉：      4～8份；

胶粉：            3～6份；

纤维：            1～3份

轻骨料：          20～30份。

2.根据权利要求1所述的自控相变储能节能材料，其特征在于：上述含有石蜡的相变粉是石蜡相变添加剂、或者主要成分是微晶石蜡粉、粗晶石蜡粉或乳化石蜡粉的相变粉。

3.根据权利要求1所述的自控相变节能保温材料，其特征在于：上述胶粉为551胶粉、5044胶粉、MC胶粉、可再分散速溶胶粉或可再分散性乳胶粉。

4.根据权利要求1所述的自控相变储能节能材料，其特征在于：上述纤维是甲基纤维素、杜拉纤维、木质纤维、聚丙烯短纤维、水镁石纤维、甲基纤维素或由2/3重量的甲基纤维素和1/3重量的杜拉纤维组合而成的混合纤维。

5.根据权利要求1所述的自控相变储能节能材料，其特征在于：上述轻骨料是玻化微珠或聚苯颗粒。

6.根据权利要求1所述的自控相变储能节能材料，其特征在于：上述轻骨料的外表喷有甲醛分解剂。

7.一种权利要求1-6任意一项所述自控相变储能节能材料的生产方法，其特征在于步骤如下：

步骤1，将水泥、粉煤灰、相变粉、磨细矿渣粉、胶粉、纤维、依照配比，投入混合机内搅拌均匀；

步骤2，将轻骨料玻化微珠或聚苯颗粒，投入混合机内继续搅拌，充分混合均匀；

步骤3，包装，出成品。

8.一种权利要求1-6任意一项所述自控相变储能节能材料的生产方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、将水泥、粉煤灰、相变粉、磨细矿渣粉、胶粉、纤维、依照配比，投入混合机内搅拌58分钟，使其均匀；

步骤2，在轻骨料玻化微珠或聚苯颗粒表面喷洒甲醛分解剂；

步骤3、待表面的甲醛分解剂自然干躁或烘干；

步骤4、将喷洒了甲醛分解剂的轻骨料玻化微珠或聚苯颗粒，投入混合机内继续搅拌5-8分钟，充分混合均匀；

步骤5、包装，出成品。