作者:肖洁 来源:科学时报 发布时间:2010-2-11 8:59:02
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新型节能石膏板欲抢空调“饭碗”

 

美国麻省理工学院的《技术评论》杂志日前报道称,一种可以在白天吸收热量、夜晚释放热量,从而减少空调使用的建筑材料将很快在美国上市。
 
据介绍,目前大部分建筑物的墙面都要用到石膏板。位于美国北卡罗来纳州的国民石膏公司(National Gypsum)正在测试一种含有胶囊物质的新型石膏板,该物质可以通过吸热来给建筑物被动降温。这些胶囊物质由德国化学巨头巴斯夫(BASF)生产,可以加入很多建筑产品中。在欧洲,已经有部分建筑产品用到了巴斯夫的成果。
 
巴斯夫生产的胶囊内含有相变材料,即随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质,这使得给房屋降温的原理可以与冰块通过融化时吸收热量来帮助饮料降温的原理一样。每个聚合物胶囊里都装有会在室温条件下熔化的固体石蜡,这样它们就能让房间温度在白天基本保持恒定。石蜡在夜间温度凉爽的气候条件下发挥的效果最好,晚上降温后胶囊能重新变硬,从而释放出白天贮存的热量。
 
Peter Schossig是德国慕尼黑弗劳恩霍夫研究所的工程师,他的研究小组与巴斯夫合作研发了这种胶囊。他说,在南欧一些国家,这种材料在白天可以吸收足够多的热量,从而节省多达20%的空调电力需求。在北欧,夜间温度更加凉爽,使用这种材料的建筑可能根本就不需要空调。
 
这一新成果有助于推动建筑业的“绿色”趋势——使用可以保持舒适的室内温度却又无须用电的绿色建筑材料。根据美国能源情报署的数据,在美国,建筑物大约要消耗掉全国发电量的70%,其中8%属于家庭和办公室的空调用电。目前轻质的建筑材料在美国广泛使用,如木质框架和石膏板。它们能使建筑很快完工,但是这些材料吸收不了多少热量,所以室温在一天中波动很大。
 
麻省理工学院建筑技术和机械工程学教授Leon Glicksman说,相变材料提供了一条给轻质建筑材料增加蓄热体的途径。从上世纪50年代以来,好几个公司试图研发能够利用相变材料特性的被动降温系统,但是他们取得的成果有限,因为很难把新材料加入现有建筑用材中。
 
巴斯夫是通过将熔化的蜡与热水快速搅拌来获得微胶囊的。由于蜡和水互相排斥,蜡会在水中形成很多微小的蜡滴。当研究者在蜡水混合物中加入丙烯酸前体时,蜡和水之间的斥力使得丙烯酸前体包裹住蜡滴表面。由此得到的湿润的混合物可以被加入制造石膏板的粉末中,或者干燥后加入水泥和灰泥等其他建筑材料中。
 
另一家化学巨头杜邦公司也在制造装入胶囊的相变材料,并且已经将其加入吸热板在欧洲销售。巴斯夫的策略与杜邦稍有不同:它们把这种胶囊卖给其他公司去加入建筑材料中,包括天花板、加气混凝土砌块和石膏板。由巴斯夫公司进行的一项研究预计,以德国的电价和气候条件为例,如果一座民宅使用的石膏中加入了360克该相变材料(大约花费4883美元),其节省的电费可以在五年内收回成本。
 
国民石膏公司目前正在与美国国家可再生能源实验室以及加州新兴技术协调委员会合作,对其吸热石膏板进行现场测试,其产品上市后可能会用“Thermalcore”这个品牌。石膏板是由巴斯夫的微胶囊——水溶液和石膏混合而成。经过调整,巴斯夫公司的石蜡材料可以在不同设定温度下熔化,如国民石膏公司使用的产品熔点是22.8摄氏度。该公司称,每平方英尺的石膏板可以储存22BTU(英制热单位)的热能。
 
在新产品上市前,国民石膏公司将至少用一年时间来测试其在一年四季中的表现。该公司的发言人称,他们将对胶囊数量的多少进行调整,视其在美国西部气候中的表现而定。现场试验数据也将测试新型的石膏板到底可以节能几何。
 
目前为止,吸热胶囊只在被动系统中完成过测试,但Glicksman认为,它们也可以用于较温暖气候的主动系统中。“在一些商务楼,你可以在夜里电费比较便宜的时候打开空调,从而使相变材料在白天时能保持更低的温度。”Schossig也表示,他的研究小组和巴斯夫公司将搜集主动系统试验的数据。
 
《科学时报》 (2010-2-11 A3 技术 产业)
 
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