相变蓄热材料十水硫酸钠的改性及应用研究

温度是影响作物生长发育的一个非常重要的因素，在温室生产上为作物提供适宜的温度条件则显得尤为重要。传统生产模式中，北方温室越冬生产往往需要通过消耗煤炭、燃油等不可再生资源来提升室内温度。而在资源竞争如此激烈的今天，节能是首选，因此，一些廉价易得的可再生利用资源的生产应用则成为人们的研究重点。相变材料正是这样一些具有潜在利用价值的新型可利用资源，通过研究分析，将其取代传统温室加热，有效改善温室热环境，对温室生产将具有非常久远的意义。 为了使相变蓄热技术能够更好的应用于温室蓄热保温，本文选择廉价易得的十水硫酸钠为相变蓄热基质，采用物理共混法对其进行改性研究，以期得到相变温度、潜热及热性能均符合温室作物生产要求的优质相变蓄热体系，达到有效改善温室热环境。通过研究分析相变温度调节剂、成核剂、增稠剂及晶型改良剂对十水硫酸钠的影响，得出了适宜于温室蓄热保温使用的最佳配比，并通过熔化冷却循环、DSC、FTIR测试等对其热稳定性进行了分析。实验结果表明，在十水硫酸钠晶体中加入10%的相变温度调节剂KCl、3%的成核剂硼砂、2%的增稠剂聚丙烯酰胺以及0.1%的晶型改良剂六偏磷酸钠时，该相变蓄热体系的凝固点为20.5℃，熔点为23.77℃，熔化潜热为129.1J/g，过冷与相分离问题得到了有效地解决，循环200次后也不发生相分离，具有很好的热稳定性。 参照普通墙体夜间放热量确定相变蓄热体系的用量，经计算，当其用量为18.4kg/㎡时，它与墙体结构为240mm红砖+100mm聚苯板+240mm红砖的传统墙体在室内温度为8℃时的累积放热量是相等的。 为了验证十水硫酸钠相变蓄热体系在温室中的应用效果，选用密封性良好的规格为600mm×450mm×50mm的塑料盒对改性后的相变蓄热体系进行封装，并将其装进温室，对比分析了装入相变材料盒前后试验温室与对照温室的温湿度变化，相变材料盒不同位置的温度变化，相变材料盒与2种墙体的温度和热流量变化。试验结果表明，未装入相变材料盒时，试验温室的夜温持续低于对照温室，最高可比对照低0.9℃，装入相变材料盒之后，试验温室气温与地温均逐渐升高，夜温最高可比对照高2℃，20cm处地温最高可比对照高2.3℃，2个温室的相对湿度差前后没有多大变化。相变材料盒远离墙体一侧温度变幅较大，靠近墙体一侧变幅较小，其中盒内靠近墙体处温度变化最小。相变材料盒的温度与夜间放热量均高于2种墙体，其中，多云天夜间相变材料盒的累计放热量为1.10MJ/㎡，砖墙与砌块墙体的夜间累计放热量分别为1.01MJ/㎡，0.51MJ/㎡。这说明该相变蓄热体系具有良好的蓄热保温性能，在温室中具有很好的应用前景。