[0001] 本公开涉及建筑材料及建筑科技技术领域，尤其涉及一种生物质基材相变储能材料板、制备方法及其应用。

[0002] 建筑能耗在总能源消耗中的占比较大，以空调等供暖制冷设备能耗比例为首，因此，寻求使用被动式蓄能设施来降低空调等设备的使用，对实现节能减排具有重要意义。通过将相变蓄能技术引入建筑围护结构中，能有效缓解用能和供能之间存在着时间和空间上的不平衡性的矛盾。

[0003] 在实现本公开构思的过程中，发明人发现相关技术中针对相变储能材料板存在如下缺陷：相变材料封装困难，相变材料的泄露容易对墙体内部造成结构性破坏；施工过程较为繁琐，导致实际应用困难；封装问题和施工问题在一定程度上增加了施工成本，经济环保效益不佳。

[0038] 以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

[0039] 在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

[0040] 在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

[0041] 在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

[0042] 发明人发现，在相关技术中，针对相变储能材料板，相变材料封装困难，相变材料的泄露容易对墙体内部造成结构性破坏；施工过程较为繁琐，导致实际应用困难；封装问题和施工问题在一定程度上增加了施工成本，经济环保效益不佳，鉴于此，本公开通过利用预定尺寸的封装壳体对相变复合材料进行第一封装处理，可以得到第一封装组件，利用榫形组件对第一封装组件的顶部和底部进行第二封装处理，从而可以得到满足密闭要求的第二封装组件，进而可以利用粘连材料对多个第二封装组件进行粘连处理，得到不同尺寸的生物质基材相变储能材料板，由于生物质基材相变储能材料板具有相变调温蓄能和保温隔热功能，且封装壳体方便安装与拆卸，生物质基材相变储能材料板在满足室内温度调控要求的同时达到了造价经济、节能环保的要求。

[0043] 本公开提供了一种生物质基材相变储能材料板、制备方法及其应用，该方法包括：利用预定尺寸的封装壳体对相变复合材料进行第一封装处理，得到第一封装组件，其中，封装壳体的内部为空心结构，包括原竹壳体、聚氯乙烯壳体和金属壳体之一，相变复合材料由固态石蜡、液态石蜡以及膨胀石墨制备而成，封装处理的相变复合材料为冷凝前的液态相变复合材料；利用榫形组件对第一封装组件的顶部和底部进行第二封装处理，得到第二封装组件，其中，榫形组件的材料与封装壳体的材料相同；以及利用粘连材料对多个第二封装组件进行粘连处理，得到生物质基材相变储能材料板，其中，粘连材料包括满足预设抗拉强度的连接材料和粘接剂。

[0044] 图1示意性示出了根据本公开实施例的生物质基材相变储能材料板制备方法的流程图。

[0045] 如图1所示，该实施例的生物质基材相变储能材料板的制备方法包括操作S110～操作S130。

[0046] 在操作S110，利用预定尺寸的封装壳体对相变复合材料进行第一封装处理，得到第一封装组件，其中，封装壳体的内部为空心结构，包括原竹壳体、聚氯乙烯壳体和金属壳体之一，相变复合材料由固态石蜡、液态石蜡以及膨胀石墨制备而成，封装处理的相变复合材料为冷凝前的液态相变复合材料。

[0047] 根据本公开的实施例，封装壳体可以是选取原竹壳体、聚氯乙烯壳体和金属壳体中的任一一种，封装壳体的截面形状包括但不限于圆形、正方形和长方形。相变复合材料可以是由固态石蜡、液态石蜡以及膨胀石墨制备而成，固态石蜡可以是熔点为45℃‑50℃的石蜡，液态石蜡可以是熔点为2℃‑5℃的石蜡，膨胀石墨可以作为添加剂，加入至由固态石蜡、液态石蜡混合后的混合石蜡中。考虑到相变复合材料导入封装壳体的工序，可以将冷凝前的液态相变复合材料导入至封装壳体中，导入方式可按实际情况进行确定，具体在此不做限制。

[0048] 在一种可行的实施例中，封装壳体也可以是原竹壳体、聚氯乙烯壳体和金属壳体等不同壳体的组合，例如，原竹壳体可与聚氯乙烯壳体组合，也可以是聚氯乙烯壳体和金属壳体的组合，在此不做限制。

[0049] 在操作S120，利用榫形组件对第一封装组件的顶部和底部进行第二封装处理，得到第二封装组件，其中，榫形组件的材料与封装壳体的材料相同。

[0050] 根据本公开的实施例，榫形组件的材料与所封装的封装壳体材料一致，例如，封装壳体为原竹壳体，则榫形组件也可以为原竹榫形组件或者木质榫形组件；封装壳体为金属壳体，则榫形组件也可以为金属榫形组件；封装壳体为金属壳体为聚氯乙烯壳体，则榫形组件也可以为聚氯乙烯榫形组件。应该说明的是，榫形组件的选择以对封装壳体的密闭性要求为准，具体在此不做限定。

[0051] 应该说明的是，第二封装处理可以与第一封装处理同时进行，或者通过第二封装处理可以先对封装壳体一端进行封装，在完成相变复合材料的导入后(即第一封装处理)，再利用榫形组件对封装了相变复合材料的封装壳体的另一端进行封装，具体封装流程以实际需要为准，具体封装流程在此不进行限定。

[0052] 在操作S130，利用粘连材料对多个第二封装组件进行粘连处理，得到生物质基材相变储能材料板，其中，粘连材料包括满足预设抗拉强度的连接材料和粘接剂。

[0053] 根据本公开的实施例，粘连材料可以包括满足预设抗拉强度的连接材料和粘接剂，链接材料可以是预定直径的钢丝或者麻绳，以满足第二封装组件间的连接要求为准。粘接剂可以是环氧树脂，以满足第二封装组件间的粘接要求为准。

[0054] 根据本公开的实施例，通过利用预定尺寸的封装壳体对相变复合材料进行第一封装处理，可以得到第一封装组件，利用榫形组件对第一封装组件的顶部和底部进行第二封装处理，从而可以得到满足密闭要求的第二封装组件，进而可以利用粘连材料对多个第二封装组件进行粘连处理，得到不同尺寸的生物质基材相变储能材料板，由于生物质基材相变储能材料板具有相变调温蓄能和保温隔热功能，且封装壳体方便安装与拆卸，生物质基材相变储能材料板在满足室内温度调控要求的同时达到了造价经济、节能环保的要求。

[0055] 图2示意性示出了根据本公开实施例的生物质基材相变储能材料板纵断面示意图。

[0056] 如图2所示，封装壳体210可以对相变复合材料220进行封装，同时可利用榫形组件230对第一封装组件的顶部和/或底部进行第二封装处理，形成一个完全封闭的第二封装组件。

[0057] 根据本公开的实施例，利用封装壳体和榫形组件对第一封装组件进行封装处理，可以达到密闭要求，避免了相变复合材料的泄露对墙体内部的结构性破坏。

[0058] 根据本公开的实施例，固态石蜡的熔点为45℃‑50℃，相变复合材料的制备方式包括：将固态石蜡和液态石蜡按第一预设比例进行混合加热至熔化，得到熔化状态的混合石蜡；将膨胀石墨按第二预设比例加入至混合石蜡中进行均匀搅拌，冷凝后得到预设相变温度的相变复合材料。

[0059] 根据本公开的实施例，固态石蜡和液态石蜡可以按照质量比值为4:6的比例进行称重，并进行混合加热至熔化，并可以将膨胀石墨按第二预设比例添加至融化状态的混合石蜡中，并进行均匀搅拌，膨胀石墨与融化状态的混合石蜡的质量比值为2.5％，即第二预设比例可以为2.5％。均匀搅拌的时间可以是10分钟，具体以实际需求为准，在此不进行限定。进行均匀搅拌后的复合相变材料为液态相变复合材料，此时可以将液态相变复合材料导入至封装壳体，再进行冷凝，得到预设相变温度(例如15℃‑20℃)的相变复合材料。

[0060] 根据本公开的实施例，在封装壳体为原竹壳体的情况下，原竹壳体的制备方法包括：将预定尺寸的原竹放入至防腐制剂中进行预定时长的浸泡；将浸泡后的原竹放入置烘干设备中进行干燥处理，得到满足预设含水率的原竹壳体。

[0061] 根据本公开的实施例，在封装壳体为原竹壳体的情况下，考虑到原竹材料自身的特性，可以对原竹壳体进行防腐防霉处理，防腐制剂可以是预定固体含量(例如固体含量28％)的酚醛树脂，具体到本公开中，可以将封装壳体原材料放入至固体含量28％的酚醛树脂中浸渍30min，沥胶后在55℃电热鼓风干燥箱内干燥至含水率10％～14％。具体防腐制剂和干燥处理过程可以根据实际情况进行确定，在此不进行限定。

[0062] 根据本公开的实施例，通过对原竹封装壳体进行防腐防霉处理，可以提高原竹壳体的强度和利用率，原竹具有来源广、易使用、易维护以及成本低廉等特点，利用原竹作为封装壳体可以满足经济层面、节能层面和环保层面的要求。

[0063] 根据本公开的实施例，冷凝后的相变复合材料的预设相变温度为16℃‑20℃。

[0064] 根据本公开的实施例，可以根据室内温度舒适范围，冷凝后的相变复合材料预设的相变温度范围设为16～20℃。

[0065] 图3示意性示出了根据本公开实施例的内墙壁有无相变储能材料(PCM)逐时温度对比示意图。

[0066] 如图3所示，以夏热冬冷地区的夏季和冬季为例，在夏季时，在24小时之内，未使用相变复合材料(PCM)的墙体的内饰面层表面的温度实验值为25.5℃‑30℃，模拟值为25℃‑30.5℃；而使用了相变复合材料的墙体内饰面层表面的温度实验值未26.7℃‑28.7℃，模拟值最高可达到27.3℃‑28.3℃。在冬季时，在30小时之内，未使用相变复合材料的墙体的内饰面层表面的温度实验值为13.2℃‑17.3℃，模拟值为13.5℃‑18℃；而使用了相变复合材料的墙体的内饰面层表面的温度实验值为14.5℃‑16.7，模拟值为15℃‑16.5℃。

[0067] 可知，在夏季，使用了相变复合材料的墙体内饰面层表面的温度波动比未使用相变复合材料的墙体内饰面层表面的温度波动小，且使用了相变复合材料的墙体内饰面层表面的温度最大值小于未使用相变复合材料的墙体内饰面层表面的温度；在冬季，使用了相变复合材料的墙体内饰面层表面的温度波动比未使用相变复合材料的墙体内饰面层表面的温度波动小，且使用了相变复合材料的墙体内饰面层表面的温度最大值大于未使用相变复合材料的墙体内饰面层表面的温度。因此，使用了相变复合材料的墙体提高了室内舒适度的同时降低了空调的使用率。

[0068] 根据本公开的实施例，满足预设抗拉强度的连接材料包括预设直径要求的钢丝和/或麻绳。

[0069] 根据本公开的实施例，预设直径要求的钢丝可以是直径不小于0.3mm的钢丝，麻绳可以是满足抗拉强度不小于500MPa的麻质细绳。

[0070] 根据本公开的实施例，封装壳体的直径为5cm‑8cm。

[0071] 根据本公开的实施例，在封装壳体的截面为圆形的情况下，封装壳体的直径可以为5cm‑8cm。

[0072] 在一种可行的实施例中，在封装壳体的截面为正方形的情况下，封装壳体的的边长可以为5cm‑8cm。

[0073] 根据本公开的实施例，第一预设比例为固态石蜡与液态石蜡的质量比值为4:6，第二预设比例为膨胀石墨与混合石蜡的质量比值为2.5％。

[0074] 根据本公开的实施例，一种如上述方法制备得到的生物质基材相变储能材料板。

[0075] 图4示意性示出了根据本公开实施例的生物质基材相变储能材料板横断面示意图。

[0076] 如图4所示，通过封装壳体410将相变复合材料420进行封装，并利用生物质基材填充物430对各封装壳体之间的空隙空间进行填充，并通过结合层440将生物质基材相变储能材料板与墙体中的其他构造层(例如结构层、内饰面层)进行连接，具体到本公开中，生物质基材填充物430可以包括竹屑、木屑等生物质填充助剂，具体填充物类型以满足节能环保为标准，在此不进行限定。生物质基材相变储能材料板的厚度可以为50mm‑80mm，结合层的厚度可以为10mm，应该说明的是，生物质基材相变储能材料板和结合层的厚度可以根据具体实际情况进行确定，具体在此不进行限定。

[0077] 根据本公开的实施例，通过将材料板在宽度方向进行并排粘接，在长度方向利用对榫形组件进行拼装续接，制备成多种尺寸的生物质基材相变储能材料板的组装板。

[0078] 图5示意性示出了根据本公开实施例的生物质基材相变储能材料板的组装板示意图。

[0079] 如图5所示，可以通过将多个生物质基材相变储能材料板进行拼接，制备得到多种尺寸的生物质基材相变储能材料板的组装板，例如，单个生物质基材相变储能材料板的尺寸为600mm x 600mm，利用连接材料(例如钢丝、麻绳)以及粘接材料(例如环氧树脂)，对生物质基材相变储能材料板的榫形组件部分进行拼装续接，可得到600mm x1200mm尺寸的组装板。在图5中，端封510为生物质基材相变储能材料板的端部榫形组件，中封520为不同生物质基材相变储能材料板的榫形组件中间封装部分。应该说明的是，生物质基材相变储能材料板拼装续接方式仅为示意，具体在此不做限定。

[0080] 图6示意性示出了根据本公开实施例的生物质基材相变储能墙体的示意图。

[0081] 如图6所示，一种生物质基材相变储能墙体，由生物质基材相变储能材料板制备得到，墙体的结构自内墙面向外依次为：内饰面层610，第一结合层621，相变层630，第二结合层622，结构层640，保温层650以及外饰面层660；其中，相变层630由生物质基材相变储能材料板组成，第一结合层621和第二结合层622采用环氧树脂粘接定型，保温层650材料包括聚氨酯泡沫材料和聚苯乙烯材料，内饰面层610包括砂浆抹灰和/或硅藻泥涂料。

[0082] 根据本公开的实施例，第一结合层621可以作为相变层630与内饰面层610之间的连接层，第二结合层622可以作为相变层630与结构层640之间的连接层，第一结合层621和第二结合层622的材料在此不进行具体限定，以满足不同构造层之间的粘接要求为准。应该说明的是，本实施例中的内饰面层610，第一结合层621，第二结合层622，结构层640，保温层650以及外饰面层660的层数、材料和位置仅为示意，可结合实际需求进行适应性调整。

[0083] 根据本公开的实施例，利用生物质基材相变储能墙体实现建筑的节能减排，工作原理包括：由于墙体传热过程是随时间变化的动态传热过程，具体操作如公式(1)所示：

[0084]

[0085] 其中，T是传热过程墙体面层温度，是时间(t)和空间(x)的函数。ρ、C和λ分别表示材料的密度、比热容和热导率。

[0086] 相变复合材料由于具有潜热值，其在传热过程中比热值随材料自身的温度状态函数具体操作如公式(2)所示：

[0087]

[0088] 其中，H是相变复合材料(PCM)的潜热值，Ts，Tl分别是相变复合材料(PCM)的固相线温度和液相线温度。Cp,s，Cp,l是相变复合材料(PCM)在固体和液体物理状态下的相应热容值。由于相变复合材料在相变过程中吸收和释放大量的潜热，该过程导致材料自身的温升小，不易受室外高温的影响，因此，相变复合材料对墙体具有调温蓄热功能。

[0089] 墙体围护结构作为隔绝室外和室内环境的屏障，热量的传输路径从室外环境到外墙表面主要以辐射和对流的形式传递，从外墙到内墙主要以导热的形式传递，从内墙到室内环境主要以对流和辐射的形式传递。各层墙体经流热流值相等，热流具体操作如公式(3)所示：

[0090]

[0091] 其中Tz(t)为室外空气综合温度，Tin为室内温度，hout为室外环境对流换热系数，hin为室内墙壁面对流换热系数，δ为墙体厚度，λ为墙体导热系数，R为总热阻。

[0092] 因此，室内墙壁内饰面层的表面温度具体操作如公式(4)所示：

[0093]

[0094] 根据本公开的实施例，由于墙体本身存在热阻，温度由室外传递至室内存在一定的温差。夏季，室外温度较高且波动较大，外界高温从室外经墙体围护结构传递至室内，由于墙体材料本身存在热阻及建筑热惰性，温度传至室内会出现一定的衰减和延迟。墙体越厚，保温性能越好，其室外温度传递到室内的衰减延迟效果越显著。冬、夏季空调使用温度一般约为18‑24℃，室内墙体表面温度越接近该舒适温度范围，所消耗的空调能耗越小。

[0095] 具体到本公开中，通过使用生物质基材相变储能材料墙板后，可有效调节墙体内表面温度。夏季，外界热量由墙体结构保温层传递至相变墙板，被相变材料吸收，室内冷量通过保温装饰层传递至相变层，被相变材料吸收。从而相变储能墙板起到了调节室内温度及减少空调启停频率的效果。冬季，室内热量通过保温装饰层传递至相变层，被相变材料吸收，进入蓄热阶段，当室内温度降低时，通过保温装饰层传递至室内，起到提升室内温度的效果，同样起到调节室温的作用。

[0096] 本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

[0097] 以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。