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上海第二工业大学“智相新材料团队”打造“零碳”新居,实现冬暖夏凉

2023-07-04 17:50:06 来源: 阅读:239067

“中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。”这是中国应对全球气候问题作出的庄严承诺。在能源绿色低碳转型行动、节能降碳增效行动、工业领域碳达峰行动、城乡建设碳达峰行动、交通运输绿色低碳行动、循环经济助力降碳行动等碳达峰运动中,大多围绕降碳运动而行。


眼看国内城市化进程脚步越来越快,化石、天然气的能源损耗和高强度的碳排放量等问题让建筑行业头疼不已。这时候,建筑行业在碳达峰降碳行动中出现的“网红”壳核型相变微胶囊材料让人眼前一亮。相变材料初始研发在上个世纪五十年代,应用于航天领域宇航员服装设计。1982年,美国的能源部太阳能公司率先将相变微胶囊材料的保温蓄热功能应用于建筑领域当中。一部分研究人员惊奇地发现将相变材料与石膏板、墙板与混凝土构成的混合蓄墙体结构的热容得到了增强。不管是将其作为内墙灰泥材料,还是将其应用于外墙体保温方面时,在室内都可以保持舒适的温度,可以减少室内温度的波动。同样也发现相变材料能够有效的控制建筑外表面温度,降低外表面温度曲线的峰值,控制热量从室外围护结构传入室内,从而起到保温节能的作用。冬天可使寒冷地区减少木材以及煤炭、天然气等化石燃料的使用;夏天可大幅度减少炎热地区电风扇、空调等电能的消耗。但是,事物的发展总是相对统一的,相变微胶囊材料在建筑行业的发展有利也有弊。相变微胶囊材料虽具有很强大的保温蓄能作用,但是传统的相变微胶囊材料在与水泥基材料混合的蓄热墙体中,墙体很容易开裂,相变微胶囊材料泄漏并且在酸碱环境中易被腐蚀,即使作为普通建筑物蓄热墙体的稳定性太差,安全系数较低,性价比很低,不适宜被大规模开发应用。



就在这头绪不清之时,国内又有高校团队经过多次试验研究发现了:纳米级壳核型相变材料在蓄热墙体中“神”一样的应用。这个新兴发展团队采用改进悬浮聚合技术制成相变微胶囊材料,创新地将纳米级壳核相变材料应用与水泥基材料混合均匀制成新型相变蓄热墙体。通过相变储能,增加目标物质焓值,以此达到相对“恒温”的效果。上海第二工业大学资源与环境工程学院的22级资环研究生兼此团队的负责人陈鸿宇指出:“这种新型的纳米级壳核相变材料的壳核结构能够防止酸碱环境的腐蚀并且保证相变微胶囊物质在蓄热墙体中不易泄漏。整个制造过程没有使用任何外部能源,实现了绿色节能,同时124 kJ/kg高焓值为蓄热墙体控温提供热力学基础。最重要的是,与传统水泥基建筑材料相比,我们制备的新型相变蓄热墙体在10-50 ℃范围内可多储存67% 的热能,隔热性能提高了61%,实现了建筑负荷动态自调节。”



这个纳米级壳核相变材料项目的团队已经申请国家发明专利6项,发表高水平学术论文3篇,团队掌握着12项自主知识产权,在该领域具有强大的技术保护。该团队的指导教师王继芬教授表示:“我们团队在探索纳米级壳核相变材料的技术之时,不仅要求新型研发相变材料保持高性能即蓄热效果高、稳定性高、储热性能高也要求价格相较传统相变材料市场处于中等水平以寻求最佳可行性和最高性价比。”行业里的专业人士,上海第二工业大学校长暨上海市先进热功能材料工程技术中心主任谢华清教授、上海市建科节能技术有限公司副总经理郑竺凌教授及上海市硅酸盐研究所刘建军教授都高度评价纳米级壳核结构有助于高效传热且有效解决蓄热墙体的泄漏问题,此项目应用于市场具有较好的推广前景。



目前,此发展团队已与上海建科达成了合作意向,共同合作上海市60%的节能建筑市场。不难发现,在未来越来越多的建筑公司的研发团队会更倾向于选择纳米级壳核相变材料应用于建筑材料当中。也希望这种既能保证适宜温度又能减少能源消耗在碳达峰降碳起着举足轻重的“神仙材料”,在促进工业产业结构转型的过程中,迸发出惊人的力量。


要在2030年前实现“碳达峰”,完成新时代工业转型,我们任重道远。在加强生态文明建设、促进经济社会发展全面绿色转型的职责使命下,在全面深化改革的大背景之中,如何统筹规划,如何稳中求进不仅仅是国家、社会、企业乃至我们每个人的职责任务。


未来,“零碳”的冬暖夏凉一定不是梦。

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