一種復合相變材料潛熱測定裝置和測定方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及潛熱測定技術領域，尤其涉及一種復合相變材料潛熱測定裝置和測定 方法。
【背景技術】
[0002] 相變材料（PCM,PhaseChangeMaterial)在一定溫度范圍內，能夠以環(huán)境和材料 的溫差作為推動力改變其物理狀態(tài)（汽-液、固一液等），實現儲熱或放熱。利用這一儲能 特性，將PCM與傳統建筑材料（如水泥砂漿、石膏墻板等）相結合應用到建筑物中，可以儲 存夜間環(huán)境的冷量供白天房間制冷使用，或是儲存白天太陽能供夜間采暖使用，從而達到 建筑物的節(jié)能效果，并且降低峰值電能消耗，削峰填谷，緩解城市電力緊張狀況；相變材料 還可以提高建筑圍護結構的蓄熱能力，降低室內溫度的波動性，提高建筑物的舒適性?？?見其在建筑圍護結構、供暖儲熱系統和空調儲冷系統等建筑節(jié)能方面的應用具有廣闊的前 景。
[0003] 相變材料在相變過程中往往以非固態(tài)形式出現，而且耐久性較差，不能直接作為 建筑材料使用，因此，一般需要先經過微膠囊封裝或是多孔介質固化等手段制成復合相變 材料后，再通過摻入到水泥砂漿或是石膏等建筑材料的方法制成復合相變材料。在實際工 程應用中，必須根據復合相變材料的整體熱物理性質來選擇合適的相變材料。相變溫度和 相變潛熱是衡量相變材料應用范圍與儲能性能首先要考慮到的兩個主要熱物理性質。常用 的分析測試方法為差示掃描量熱儀法（DSC)，其原理是利用補償方法建立熱流量隨溫度或 時間的變化曲線。但由于DSC方法的取樣量極少（<50mg)，而復合相變材料在取樣量少時 應視為非勻質材料，故其測試結果不能很好地反映材料整體的熱物性能，因此該方法不適 合對復合相變材料相變溫度和潛熱的分析，僅適合對單一成分物質熱物理性質的分析。其 他方法如采用測量相變材料和參比物在空氣中加熱或冷卻時溫度隨時間變化的曲線的方 法（T-History方法），通過計算得出相變材料的相變潛熱，但由于復合相變材料相變過程 中溫度會有一定的變化，計算過程中相變起始點的判斷會受到實驗者的主觀影響，導致測 量結果有一定的偏差。除上述方法之外，也有研究報道采用水浴加熱方法測量復合相變材 料的相變潛熱，但由于復合相變材料的導熱系數小，無法保證相變材料的均勻受熱，測量結 果的準確性也受到質疑，用此方法測量復合相變材料的相變潛熱，測量結果的準確性更加 無法保證。
[0004] 也就是說，對于單一相變材料的主要性能指標，已經有了檢測方法，但是實際應用 中需要將相變材料制成復合相變材料才能在工程中作為建筑材料使用，而所述單一相變材 料的性能指標并不能充分代表該復合相變材料的性能，例如復合相變材料的潛熱并不是完 全可以按照產品說明中相變材料所占比例進行計算的，更何況有些廠家并沒有嚴格按照配 方將價格較貴的相變材料的分量加足。必需提供復合相變材料的主要性能指標給建筑設計 人員，并且要使用于實際工程的復合相變材料有辦法進行檢測。目前國內外尚無科學、準確 的測量復合相變材料相變潛熱的裝置。

【發(fā)明內容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種復合相變材料潛熱測定裝置，以實現：
[0006] 1)通過對大塊的復合相變材料試樣直接測量，減少DSC法取樣量過少帶來的誤 差，真實反映復合相變材料的熱物性；
[0007] 2)適用于絕大多數復合相變材料儲熱性能的測試，這里的復合相變材料既包括經 過微膠囊封裝和多孔介質固化的復合相變材料，也包括由水泥砂漿和石膏等摻雜的復合相 變材料制作的建筑圍護結構材料；
[0008]3)通過測量和計算可以得到復合相變材料的相變溫度、潛熱和固液態(tài)的比熱。
[0009]4)可以直接對復合相變材料試樣進行測試，不需要參比物；
[0010] 5)裝置簡單，制作成本低，操作方便，自動化程度高。
[0011] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于上述復合相變材料潛熱測定裝置的復合相 變材料潛熱測定方法。
[0012] 為了達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
[0013] -種復合相變材料潛熱測定裝置，包括：固定底座、平板熱流計、保溫框、恒溫板、 恒溫裝置、數據采集儀、夾緊裝置和計算裝置，其中，所述平板熱流計、所述保溫框和所述恒 溫板均內置固定在所述固定底座中，所述恒溫板包括第一恒溫板和第二恒溫板，所述第一 恒溫板和所述第二恒溫板間隔設置，所述平板熱流計包括面積相同的第一平板熱流計和第 二平板熱流計，所述第一平板熱流計和所述第二平板熱流計間隔設置，所述第一平板熱流 計和所述第二平板熱流計設置在所述第一恒溫板和所述第二恒溫板之間，試樣設置在所述 第一平板熱流計和所述第二平板熱流計之間，所述第一恒溫板、所述第一平板熱流計、所述 試樣、所述第二平板熱流計和所述第二恒溫板依次貼覆接觸且被所述夾緊裝置夾緊固定， 所述保溫框將所述試樣與所述第一平板熱流計和所述第二平板熱流計的四周密封，所述第 一恒溫板和所述第二恒溫板均內置有用于恒溫流體流動的第一流體通道，所述第一流體通 道與所述恒溫裝置連通從所述恒溫裝置中提取所述恒溫流體，所述試樣表面設置有多組熱 電偶，所述數據采集儀用于采集所述熱電偶、所述第一平板熱流計和所述第二平板熱流計 的數據，所述計算裝置接收所述數據采集儀采集的數據并計算得出測試結果。
[0014] 優(yōu)選的，上述第一流體通道包括設置在所述第一恒溫板中的第一子流體通道和設 置在所述第二恒溫板中的第二子流體通道，所述第一子流體通道和所述第二子流體通道為 U形通道或者W形通道或者蛇形通道，所述恒溫流體自所述恒溫裝置流出，流經所述第一子 流體通道和所述第二子流體通道后再流回到所述恒溫裝置中。
[0015] 優(yōu)選的，上述恒溫流體為恒溫水，所述恒溫裝置中內置有用于盛放水的水槽以及 控制水溫的冷源裝置和溫控裝置。
[0016] 優(yōu)選的，上述冷源裝置包括頂蓋、冰箱和冰水混合水槽，所述冰水混合水槽放置在 所述冰箱的底部，所述水槽放置在所述冰水混合水槽的上方，所述水槽與所述冰水混合水 槽之間設有熱交換管，所述頂蓋蓋在所述冰箱的上方的開口處，所述水槽中的水流過浸沒 在所述冰水混合水槽內的冰水混合物中的所述熱交換管后再回到所述水槽中。
[0017] 優(yōu)選的，上述水槽采用兩根U型不銹鋼管支撐在所述冰水混合水槽的上方，所述 兩根U型不銹鋼管的四根直立的立管均穿過所述水槽的底部且其露出在所述水槽內的長 度與所述水槽中的水的高度相同且與所述水槽的底部焊接密封，所述兩根U型不銹鋼管的 兩根橫管浸沒且支撐在所述冰水混合水槽的底部，所述熱交換管為所述兩根U型不銹鋼 管。
[0018] 優(yōu)選的，每根所述U型不銹鋼管的一個立管上設置有進水口和第一出水口，所述 第一出水口的高度高于所述進水口，另一個立管上設置有第二出水口，進入所述進水口的 所述水的一部分從所述第一出水口噴出到所述水槽中，所述水的另一部分經過所述U型不 銹鋼管的底部后由所述另一個立管上設置的所述第二出水口噴回到所述水槽中，所述兩根 U型不銹鋼管上共四個出水口的出水方向兩兩垂直設置，，均沿水平方向噴出，攪動所述水 槽中的水，形成環(huán)流。
[0019] 優(yōu)選的，上述溫控裝置包括溫控儀、加熱管和溫度傳感器，所述加熱管設置在所述 水槽的底部，所述溫控儀接收所述溫度傳感器的信號并根據所述信號控制所述加熱管進行 加熱。
[0020] 優(yōu)選的，上述水槽的外壁包覆保溫材料層。
[0021] 優(yōu)選的，上述頂蓋為聚苯材料制成。
[0022] 優(yōu)選的，上述固定底座通過所述夾緊裝置將所述第一恒溫板、所述第一平板熱流 計、所述試樣、所述第二平板熱流計和所述第二恒溫板夾緊固定。
[0023] 本發(fā)明還提供一種復合相變材料潛熱測定方法，包括：步驟1)制備試樣，所述試 樣與平板熱流計的對接面積與所述平板熱流計的工作面積相同；步驟2)平板熱流計校準； 步驟3)用兩個所述平板熱流計將所述試樣夾住，用兩個恒溫板將兩個所述平板熱流計夾 住，通過恒溫裝置控制所述恒溫水的溫度，所述恒溫板通過內部的第一流體通道內流通所 述恒溫水實現恒溫；步驟4)測試步驟：①、設置好恒溫裝置中的溫控儀控制的所述水槽 中的流體的溫度，確保水槽內的溫度能夠穩(wěn)定在每個測試溫度±0. 〇5°C的范圍內；②、在 升溫測試過程中，初始溫度至少從試樣的融化溫度減l〇°C處開始；在降溫測試過程中，初 始溫度至少從試樣的凝固溫度+l〇°C處開始；③、測定名義相變溫度為