專利名稱：一種園藝復(fù)合相變管材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑節(jié)能材料領(lǐng)域，涉及用于園藝生產(chǎn)領(lǐng)域的節(jié)能保溫材料，特別涉
及一種園藝復(fù)合相變管材及其制備方法，本發(fā)明制得的園藝復(fù)合相變管材以復(fù)合無機相變材料為主材，以有聚乙烯管材封裝，安裝在溫室建筑內(nèi)部，園藝復(fù)合相變管材在充分的光照條件下，和室內(nèi)植物生長層面相配合，適合于滿足大多數(shù)園藝作物對生長最適溫度的要求。
背景技術(shù)：
利用物質(zhì)在固液、固固相變過程中吸收或釋放能量的特性可以將暫時不用的能量儲存起來，待需要時再加以利用，這類材料統(tǒng)稱為相變儲能材料，被廣泛應(yīng)用于空調(diào)節(jié)能、建筑節(jié)能、甚至空間技術(shù)等方面。隨著節(jié)能減排和低碳經(jīng)濟(jì)的要求，大量的農(nóng)業(yè)設(shè)施也開始應(yīng)用相變材料來達(dá)到建筑節(jié)能的目的，特別是作為園藝生產(chǎn)建筑的溫室，更是急需通過新的高性能的相變材料來大幅度提高其生產(chǎn)性能。 相變儲能材料包括無機類(結(jié)晶水合鹽、熔融鹽等)、有機類(石蠟類、酯酸類等)以及無機有機復(fù)合類。有機相變材料具有具有合適的相變溫度和較高的潛熱，并且無毒、無腐蝕性、無過冷、無分層等問題，穩(wěn)定性強，相變過程可逆性好，適合在建筑領(lǐng)域中應(yīng)用。但
有機相變材料的缺點是導(dǎo)熱性差、價格高，有些材料在高溫或強氧化劑存在時會燃燒分解等。 利用相變材料的潛熱來進(jìn)行熱能的儲存或釋放，可以制造出各種提高能源利用率
的設(shè)施，同時，利用相變材料在相變過程中溫度近似恒定的特性，可以達(dá)到控制溫度的目
的。目前，這類材料已被廣泛應(yīng)用于太陽能利用、余熱廢熱回收、智能化自動空調(diào)建筑物、玻
璃暖房、相變儲能型空調(diào)、保溫服裝等民用和軍用領(lǐng)域，而且范圍在不斷擴(kuò)大。 常用的高能相變材料是通過固液相變進(jìn)行能量的存儲和釋放的，由于儲能時材料
為液態(tài)，必須有容器密封封裝，不僅容易泄露還增大了傳熱介質(zhì)和材料間的熱阻，且成本亦
會相應(yīng)提高，使得傳統(tǒng)的材料在太陽能利用和建筑領(lǐng)域推廣應(yīng)用存在一定的困難。同時，單
一的相變材料，相變溫度一般都不符合園藝作物的溫度要求，因此不能直接應(yīng)用于園藝生
產(chǎn)的溫室建筑。 相變復(fù)合材料的耐久性始終是一個制約其廣泛使用的因素，包括相變材料多次相變循環(huán)后熱物理性質(zhì)的下降、相變材料泄露、相變材料載體破壞，相變材料的熱物理性質(zhì)在多次融解_凝固循環(huán)后開始退化。 除此之外，相變材料的相變溫度也是制約相變材料在園藝生產(chǎn)中應(yīng)用的一個很大的制約因素。無機相變材料大都存在不同程度的過冷現(xiàn)象，無機相變材料的這一特性有時會影響相變材料的應(yīng)用。但是，如果通過相變材料的復(fù)合，控制過冷溫度，則該物理特性會極大地拓展無機相變材料在園藝生產(chǎn)中的用途。針對園藝產(chǎn)品的生長特點，結(jié)合溫室的實際溫度曲線，復(fù)合相變材料，能夠?qū)崿F(xiàn)在園藝產(chǎn)品的最適溫度上限時開始大量儲能，在最適溫度下限時開始大量放能。 在已公開的專利技術(shù)中涉及了將相變材料封裝在多孔建筑材料中的方法，但其生
3產(chǎn)工藝復(fù)雜，而且由于要將相變材料封裝在多孔的建筑材料中(如珍珠巖等)，然后再將封
裝有相變材料的該類多孔輕質(zhì)材料作為骨料加入在建筑材料中，因此在施工過程中不得不
影響建筑材料的強度，而且除此之外還面臨封裝材料的滲漏問題，在實踐推廣中有一定的
難度。珍珠巖等孔隙材料雖然可以大量吸附相變材料，但是最終的成型材料由于強度較低，
不能夠單獨應(yīng)用于建造，因此會大大增加建筑的成本和構(gòu)造施工的難度。 Na2S04 10H20具有價廉，高儲熱密度和適宜熔解溫度等優(yōu)點，缺點是在相變過程中
存在相分離現(xiàn)象。研究表明，Na2S04 101120在1000次相變循環(huán)后，其熔解熱降低達(dá)73%。
升溫過程中Na2S04 *101120有明顯的相變點，相變溫度為33"左右。但降溫過程中則沒有明
顯的相變溫度點，這不是說降溫過程中不存在相變，正是由于液固相變，有大量白色沉淀物
析出，溶液出現(xiàn)明顯的固液分層現(xiàn)象，而溫度計所測的位置沒有達(dá)到固相中，測得的只是脫
出的結(jié)晶水隨溫度變化的曲線，因此，也就不能反映出Na2S04 101120降溫時的真實相變情況。 Na2HP04 121120體系的升溫曲線和降溫曲線，升溫過程中相變溫度明顯，為35. 2°C，降溫過程中沒有發(fā)現(xiàn)分層現(xiàn)象，但過冷現(xiàn)象嚴(yán)重，過冷度為8. 5t:左右；
CaCl2 *6H20的相變溫度約在26°C 29。C，熔解熱為190kJ/kg，不易分解，價格低，易得，安全無毒。CaCl2 '6H20具有良好的儲熱節(jié)能和除濕效果，但同時發(fā)現(xiàn)CaCl2 *61120有嚴(yán)重的過冷問題(其過冷度達(dá)2(TC )和對濕度的敏感性，對應(yīng)用不利。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明目的是提供一種具有穩(wěn)定性高、相變潛能大、相變溫度容易控制、工藝簡單、成本低、易于實施的園藝復(fù)合定型相變管材的制備方法。 為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn) —種園藝復(fù)合相變管材，其特征在于，制得的該園藝復(fù)合相變管材以無機相變材料為主材，封裝在聚乙烯管材中，所述的無機相變材料由以下質(zhì)量百分比的原料混合制成Na2S04 :8. 8% 10. 6%，Na2HP04 *12H20 :72% 74%，CaCl2 :1. 5% 3. 5%，Na2B407 * 10H20 :
1% ;CMC :0 1%，余量為水，上述無機相變材料的百分比之和為100%。
上述園藝復(fù)合相變管材的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟 步驟一 按照不同的相變溫度和潛熱要求配制混合無機相變主材； 步驟二將混合后的無機相變主材無機加熱到超過其相變溫度點的溫度，然后讓
其變成液態(tài)；加熱過程中充分?jǐn)嚢?，使其成為飽和溶液?步驟三利用液體灌裝設(shè)備將飽和溶液用聚乙烯管材封裝，在封裝的過程中需按照不同的建筑墻體承載能力和所需熱負(fù)荷的大小調(diào)整封裝的實際管徑和長度，即可得到園藝復(fù)合相變管材。 針對不同園藝作物的生長要求，同時，考慮建筑的實際熱負(fù)荷，生產(chǎn)設(shè)備可以生產(chǎn)不同尺寸和不同熱容量的預(yù)封裝相變材料管材。 將本發(fā)明的園藝復(fù)合相變管材安裝在溫室建筑內(nèi)部，安裝的過程中需注意將園藝
復(fù)合相變管材充分暴露在光照條件下，并且和室內(nèi)植物生長層面相配合。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點
4
1、相變材料主材為無機類相變材料，因此具有來源廣泛、價格低廉、相變導(dǎo)熱能力強、儲熱能力強等特點。 2、采用建筑中廣泛應(yīng)用的聚乙烯管作為相變材料的封裝材料，具有生產(chǎn)率高、產(chǎn)
品質(zhì)量穩(wěn)定、價格低廉等特點，加之采用了分管包裝和熱塑封口技術(shù)，有效地避免了滲漏的
風(fēng)險，同時也可以有效地改善復(fù)合相變材料的過冷和相變分離等熱物理性質(zhì)。 3、該發(fā)明材料既可以在新建各類綠色、生態(tài)建筑或者農(nóng)業(yè)室建筑中使用，也可以
用來改造已經(jīng)建成的各類綠色和生態(tài)建筑，由于采用了成熟的建筑安裝施工工藝，因此，基
本不會對現(xiàn)有的施工增加難度，因此極具推廣和應(yīng)用的價值。 4、本發(fā)明涉及的四種復(fù)合相變材料配方，其熔解溫度為26t:左右，凝固溫度約為l(TC。因此可以達(dá)到在園藝溫室建筑內(nèi)部高溫時，吸收夏季溫度高時的太陽輻射熱，降低溫室內(nèi)氣溫；而在園藝溫室建筑內(nèi)部溫度降低時，防止冬季過冷時室內(nèi)結(jié)冰。使復(fù)合相變材料兼?zhèn)鋬岷统凉耠p重效果，對改善建筑內(nèi)部環(huán)境和節(jié)能環(huán)保有重大意義。特別是，該相變材料的相變溫度介于大多數(shù)園藝作物的最適生長溫度，因此，也可以保證大多數(shù)園藝作物的最佳生長狀態(tài)。


圖1為配比-1DSC曲線圖。
圖2為配比-2DSC曲線圖。
圖3為配比-3DSC曲線圖。
圖4為配比-4DSC曲線圖。 以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明,
具體實施例方式
本發(fā)明制備的園藝復(fù)合相變管材，其特點是以無機相變材料為主要相變材料，以聚乙烯管材封裝，無機相變材料存在于聚乙烯管材內(nèi)部。 衡量一種復(fù)合相變材料的重要指標(biāo)是其相變焓高、相變溫度穩(wěn)定易控。對于，滿足
園藝生產(chǎn)的相變材料來說，同時要具備合適的相變溫度，和較高的熱容量。
實施例1 : 本實施例制備的園藝復(fù)合相變管材，具體包括以下步驟 步驟一 無機相變材料配方 按質(zhì)量比取下列無機相變材料混合 Na2S04:8.8 %， Na2HP04 12H20 :74 %，CaCl 2 :2. 5 %，H20:13.6 %，硼砂(Na2B407 10H20) :1%， CMC :0. 1% ;以下稱為配比-1。 步驟二 將無機相變混合材料加熱到7(TC，然后讓其變成液態(tài)；加熱過程中充分?jǐn)嚢瑁蛊涑蔀轱柡腿芤海?步驟三利用液體灌裝設(shè)備將飽和溶液用聚乙烯管材封裝，在封裝的過程中需按照不同的建筑墻體承載能力和所需熱負(fù)荷的大小來調(diào)整封裝的實際管徑和長度，一般為每根0. 3m3左右，得到園藝復(fù)合相變管材； 園藝復(fù)合相變管材的尺寸大小還可以根據(jù)建筑的實際情況來調(diào)整。
將本實施例制備的園藝復(fù)合相變管材安裝在溫室建筑內(nèi)部，安裝的過程中需注意將園藝復(fù)合相變管材充分暴露在光照條件下，并和室內(nèi)植物生長層面相配合。
通過試驗，本實施例的園藝復(fù)合相變管材的性能由圖1的DSC曲線表示，從圖1的DSC曲線可以知道，當(dāng)外界溫度升高時，該園藝復(fù)合相變管材從22. 7(TC開始大量吸熱，在28. 88t:達(dá)到第一個吸熱的峰值，該階段的吸熱達(dá)到了 47. 49J/g ;從41. O(TC開始再次大量吸熱，在53. 97t:達(dá)到第二個吸熱的峰值，該階段的吸熱達(dá)到了 58. 91J/g ;從54. O(TC之后，該園藝復(fù)合相變管材的吸熱速度開始減慢，到66t:之后，該園藝復(fù)合相變管材處于保存能量階段，吸熱趨于平緩。 當(dāng)外界溫度降低時，該園藝復(fù)合相變管材從i(TC開始大量放熱，在9t:左右達(dá)到
放熱的峰值，該階段的放熱達(dá)到了 124. 4J/g ;從5. O(TC之后，該園藝復(fù)合相變管材的放熱速度開始減慢，放熱趨于平緩。 該園藝復(fù)合相變管材采用配比-1的無機相變材料，適合于喜涼園藝作物對生長最適溫度的要求；同時也可以作為溫室在冬季保證維持植物生長，是一種應(yīng)對極端天氣的復(fù)合相變材料。
實施例2 : 本實施例制備的園藝復(fù)合相變管材，包括以下步驟
步驟一 無機相變材料配方 按質(zhì)量比取下列無機相變材料混合Na2S04 :8. 8%， Na2HP04 12H20 :72%， CaCl2 :3. 5%， H20 :14. 6%，硼砂(Na2B407 10H20) :1%， CMC :0. 1% ;以下稱為配比-2。
步驟二 將無機相變混合材料加熱到70攝氏度，然后讓其變成液態(tài)；加熱過程中充分?jǐn)嚢?，使其成為飽和溶液?步驟三利用液體灌裝設(shè)備將飽和溶液用聚乙烯管材封裝，在封裝的過程中需按照不同的建筑墻體承載能力和所需熱負(fù)荷的大小來調(diào)整封裝的實際管徑和長度，一般為每根0. 3m3左右，得到園藝復(fù)合相變管材； 園藝復(fù)合相變管材的尺寸大小還可以根據(jù)建筑的實際情況來調(diào)整。 將本實施例制備的園藝復(fù)合相變管材，安裝在溫室建筑內(nèi)部，安裝的過程中需注
意將園藝復(fù)合相變管材充分暴露在光照條件下，并和室內(nèi)植物生長層面相配合。 通過試驗，該園藝復(fù)合相變管材的性能由圖2的DSC曲線表示；從圖2的DSC曲線
可以知道，當(dāng)外界溫度升高時，該園藝復(fù)合相變管材從20. 87t:開始大量吸熱，在26. 96°C
達(dá)到第一個吸熱的峰值，該階段的吸熱達(dá)到了 38. 18J/g ;從39. irC開始再次大量吸熱，在
52. 04t:達(dá)到第二個吸熱的峰值，該階段的吸熱達(dá)到了 52. 90J/g ;從56. O(TC之后，該園藝
復(fù)合相變管材的吸熱速度開始減慢，到6(TC之后，該園藝復(fù)合相變管材處于保存能量階段，
吸熱趨于平緩。 當(dāng)外界溫度降低時，該園藝復(fù)合相變管材從10. 77t:開始大量放熱，在l(TC左右達(dá)到放熱的峰值，該階段的放熱達(dá)到了 93. 71J/g ;從5. O(TC之后，該園藝復(fù)合相變管材的放熱速度開始減慢，放熱趨于平緩。 園藝復(fù)合相變管材由于采用配比-2的無機相變材料，適合于大多數(shù)園藝作物對生長最適溫度的要求，因此，具有很大的推廣應(yīng)用價值。
實施例3 :
本實施例制備的園藝復(fù)合相變管材，包括以下步驟
步驟一 無機相變材料配方 按質(zhì)量比取下列無機相變材料混合Na2S04 :10. 6%， Na2HP04 12H20 :72%， CaCl2 : 1. 5%， H20 :14. 9%，硼砂(Na2B407 * 10H20) :1% ;以下稱為配比-3。 步驟二 將無機相變混合材料加熱到70攝氏度，然后讓其變成液態(tài)；加熱過程中 充分?jǐn)嚢?，使其成為飽和溶液?步驟三利用液體灌裝設(shè)備將飽和溶液用聚乙烯管材封裝，在封裝的過程中需按 照不同的建筑墻體承載能力和所需熱負(fù)荷的大小來調(diào)整封裝的實際管徑和長度，一般為每 根0. 3m3左右，得到園藝復(fù)合相變管材。 具體的園藝復(fù)合相變管材的尺寸大小還可以根據(jù)建筑的實際情況來調(diào)整。 將本實施例制備的園藝復(fù)合相變管材安裝在溫室建筑內(nèi)部，安裝的過程中需注意
將園藝復(fù)合相變管材充分暴露在光照條件下，并和室內(nèi)植物生長層面相配合。 通過試驗，該實施例制備的園藝復(fù)合相變管材的性能由圖3的DSC曲線表示，從圖
3的DSC曲線可以知道，當(dāng)外界溫度升高時，該園藝復(fù)合相變管材從18. O(TC開始大量吸熱，
在29. 33t:達(dá)到第一個吸熱的峰值，該階段的吸熱達(dá)到了 68. 19J/g ;從38. O(TC開始再次大
量吸熱，在50. O(TC達(dá)到第二個吸熱的峰值；從55. O(TC之后，該園藝復(fù)合相變管材的吸熱
速度開始減慢，到6(TC之后，該園藝復(fù)合相變管材處于保存能量階段，吸熱趨于平緩。 當(dāng)外界溫度降低時，該園藝復(fù)合相變管材從15. 1『C開始大量放熱，該階段的放熱
達(dá)到了 161. 00J/g ;從5. O(TC之后，該園藝復(fù)合相變管材的放熱速度開始減慢，放熱趨于平緩。 本實施例的園藝復(fù)合相變管材由于采用了配比-3的無機相變材料，適合于對于
園藝建筑內(nèi)部溫度要求較高的喜溫園藝作物的要求。
實施例4 : 制備的園藝復(fù)合相變管材，包括以下步驟
步驟一 無機相變材料配方 按質(zhì)量比取下列無機相變材料混合Na2S04 :9. 3%， Na2HP04 12H20 :74%， CaCl2 : 1. 5%， H20 :13. 2%，硼砂(Na2B407 10H20) :1%， CMC :1% ;以下稱為配比-4。
步驟二 將無機相變混合材料加熱到70攝氏度，然后讓其變成液態(tài)；加熱過程中 充分?jǐn)嚢?，使其成為飽和溶液?步驟三利用液體灌裝設(shè)備將飽和溶液用聚乙烯管材封裝，在封裝的過程中需按 照不同的建筑墻體承載能力和所需熱負(fù)荷的大小來調(diào)整封裝的實際管徑和長度，一般為每 根0. 3m3左右；得到園藝復(fù)合相變管材， 具體園藝復(fù)合相變管材尺寸的大小還可以根據(jù)建筑的實際情況來調(diào)整。 將本實施例制備的園藝復(fù)合相變管材安裝在溫室建筑內(nèi)部，安裝的過程中需注意
將園藝復(fù)合相變管材充分暴露在光照條件下，并且和室內(nèi)植物生長層面相配合。 通過試驗，本實施例的園藝復(fù)合相變管材的性能由圖4的DSC曲線表示，從圖4的
DSC曲線可以知道，當(dāng)外界溫度升高時，該園藝復(fù)合相變管材從20. O(TC開始大量吸熱，在
30. O(TC達(dá)到第一個吸熱的峰值；從35. O(TC開始再次大量吸熱，在44. 07。C達(dá)到第二個吸
熱的峰值，該階段的吸熱達(dá)到了 202. 80J/g ;從56. O(TC之后，該園藝復(fù)合相變管材的吸熱速度開始減慢，到6(TC之后，該園藝復(fù)合相變管材處于保存能量階段，吸熱趨于平緩。
當(dāng)外界溫度降低時，該園藝復(fù)合相變管材從12. O(TC開始大量放熱，在11. 33t:左 右達(dá)到放熱的峰值，該階段的放熱達(dá)到了 156. 20J/g ;從5. O(TC之后，該園藝復(fù)合相變管材 的放熱速度開始減慢，放熱趨于平緩。 本實施例的園藝復(fù)合相變管材由于采用了配比-4的無機相變材料，適合于大多 數(shù)園藝作物對生長最適溫度的要求，因此，具有很大的推廣應(yīng)用價值。 復(fù)合體系的研究表明，復(fù)合相變溫度符合園藝溫室建筑內(nèi)部對環(huán)境控制的實際需 求，因此在一定程度上是有利的。重復(fù)實驗結(jié)果表明該體系重復(fù)性好，相變溫度穩(wěn)定。
權(quán)利要求
一種園藝復(fù)合相變管材，其特征在于，制得的該園藝復(fù)合相變管材以無機相變材料為主材，封裝在聚乙烯管材中，所述的無機相變材料由以下質(zhì)量百分比的無機相變材料混合制成Na2SO48.8％～10.6％，Na2HPO4·12H2O72％～74％，CaCl21.5％～3.5％，Na2B4O7·10H2O1％；CMC0～1％，余量為水，上述無機相變材料的百分比之和為100％。
2. 如權(quán)利要求1所述的園藝復(fù)合相變管材其特征在于，所述的無機相變材料由以下質(zhì)量百分比的無機相變材料混合制成:Na2S04 :8. 8%，Na2HP04 *12H20 :74%，CaCl2 :2. 5%，H20 :13. 6%， Na2B407 10H20 :1 % ， CMC :0. 1 % 。
3. 如權(quán)利要求1所述的園藝復(fù)合相變管材其特征在于，所述的無機相變材料由以下質(zhì)量百分比的無機相變材料混合制成:Na2S04 :8. 8%，Na2HP04 *12H20 :72%，CaCl2 :3. 5%，H20 :14. 6%， Na2B407 10H20 :1 % ， CMC :0. 1 % 。
4. 如權(quán)利要求1所述的園藝復(fù)合相變管材其特征在于，所述的無機相變材料由以下質(zhì)量百分比的無機相變材料混合制成Na2S04 :10. 6%， Na2HP04 12H20 :72%， CaCl2 :1. 5%，H20 :14. 9 % ， Na2B407 10H20 :1 % 。
5. 如權(quán)利要求1所述的園藝復(fù)合相變管材其特征在于，所述的無機相變材料由以下質(zhì)量百分比的無機相變材料混合制成:Na2S04 :9. 3%，Na2HP04 *12H20 :74%，CaCl2 :1. 5%，H20 :13. 2%， Na2B407 10H20 :1%， CMC :1%。
6. 權(quán)利要求1所述的園藝復(fù)合相變管材的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟步驟一 按照不同的相變溫度和潛熱要求配制混合無機相變主材；步驟二 將混合后的無機相變主材無機加熱到超過其相變溫度點的溫度，然后讓其變成液態(tài)；加熱過程中充分?jǐn)嚢?，使其成為飽和溶液；步驟三利用液體灌裝設(shè)備將飽和溶液用聚乙烯管材封裝，在封裝的過程中需按照不同的建筑墻體承載能力和所需熱負(fù)荷的大小調(diào)整封裝的實際管徑和長度，即可得到園藝復(fù)合相變管材。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種園藝復(fù)合相變管材及其制備方法，制得的該園藝復(fù)合相變管材以無機相變材料為主材，封裝在聚乙烯管材中，無機相變材料由以下質(zhì)量百分比的無機相變材料混合制成Na2SO48.8％～10.6％，Na2HPO4·12H2O72％～74％，CaCl21.5％～3.5％，Na2B4O7·10H2O1％；CMC0～1％，余量為水，上述無機相變材料的百分比之和為100％。其制法是先按照不同的相變溫度和潛熱要求配制混合無機相變主材；然后將混合后的無機相變主材無機加熱到超過其相變溫度點的溫度，然后讓其變成液態(tài)；使其成為飽和溶液；利用液體灌裝設(shè)備將飽和溶液用聚乙烯管材封裝，在封裝的過程中需按照不同的建筑墻體承載能力和所需熱負(fù)荷的大小調(diào)整封裝的實際管徑和長度，即可得到園藝復(fù)合相變管材。
文檔編號F16L9/14GK101781549SQ20101001370
公開日2010年7月21日 申請日期2010年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月13日
發(fā)明者張勇, 鄒志榮, 陳紅武 申請人:西北農(nóng)林科技大學(xué)