[01031051]建筑结构储能机理及功能化设计

结合绿色建筑快速发展的时代背景及建筑材料功能化需求等迫切问题，提升建筑围护结构绝热与蓄热性能，是实现建筑节能与舒适的客观需求。与传统的显热性材料不同，相变储能材料(PCM)是利用相变潜热来存储或者释放热能，具有储能密度大、蓄放热过程近似等温等优点。 该项目完成人围绕“建筑结构储能机理”这一核心科学问题，揭示了相变储能材料与多孔材料有效复合的机理，创建了建筑结构相变潜热储能性能评价新方法；揭示了建筑结构高效储能效果的微观机理，发现了建筑材料结构-功能一体化的关键控制因素；发明了建筑结构材料高效功能化的新方法，创立了建筑结构相变储能功能化设计方法。 储能建筑结构既具有常规的力学性能特点，又具有高效利用太阳能、减少建筑能耗的功能性优势，是一种可同时实现建筑安全与节能舒适的新型建筑结构。该项目的重要科学发现可概括为： 科学发现一：揭示了多孔材料高效吸附固-液相变材料的机理，发现了复合相变材料在建筑结构材料中的界面结构特征和影响规律，发明了相变材料高效传热的改性方法。 完成人团队系统研究了建筑结构材料使用的具有不同孔隙特征的陶粒、硅藻土、高岭土等多孔材料与相变材料复合的研究；获得了多孔材料内部开孔孔隙特征、孔隙率、相变储能材料溶液的粘度、浸渍真空度以及多孔在液态相变储能材料溶液中的浸渍时间与多孔材料吸附相变材料量和复合相变材料热物理性能的关系；揭示了相变温度改变幅度∆T与多孔材料孔半径r和相变材料膜在孔中的厚度t之差成反比的物理关系。基于相变复合材料与基材的界面特征对导热和强度的影响，发明了改善传热界面的相变材料高效传热的改性方法。 科学发现二：创建了建筑结构相变潜热储能性能评价新方法，揭示了建筑结构储能混凝土性能变化规律及其机理。 完成人团队发明了储能混凝土构件调温效果的测试装置和性能表征的新方法，突破了不同尺度相变储能混凝土材料和构件调温效果连续表征的瓶颈。通过相变材料对胶凝材料早期水化性能和混凝土后期力学性能影响变化规律的研究，揭示了建筑结构储能混凝土性能变化规律及其机理。 科学发现三：发明了混凝土高效储能调温功能化的实现方法，揭示了结构-功能一体化混凝土中相变组分高效调温的机理，建立了建筑结构相变储能功能化设计方法。 以空心钢球为相变材料封装载体，实现了储能性能高、力学性能高、传热效率高且制备工艺简单的“三高一简”混凝土高效储能调温功能化的方法。以相变传热模型为基础，建立不同气候区的相变房间设计参数。提出了双向参数储能混凝土力学性能和功能性能的同步设计方法，建立了用陶粒本征性能参数预测混凝土力学性能的模型。 在多项国家级、省市等自然科学研究基金项目的资助下，截至2016年5月31日，该项目完成人团队共发表相关科研论文52篇，其中SCI检索论文42篇。SCI论文在Web of Science核心合集中严格他引近1000次，多篇论文为ESI高被引论文；授权发明专利6项。该项目的研究成果不仅对建筑结构储能及功能化设计的应用基础研究有显著地推动作用，而且为中国建筑工程节能减排提供了有力支撑。