基于聚（N-异丙基丙烯酰胺）的变色节能体系的探索性研究

【摘要】：当今世界,能源问题已经成为人们日益关注的热点问题。而建筑能耗在整个社会能源消耗中的重大比例,使建筑节能成为世界建筑界面临的一个紧迫问题。 屋顶是住宅建筑的重要外围护结构。它的颜色对于室内的温度有非常大的影响。浅色屋顶可以反射太阳光,阻碍室内温度的升高；相反,深色屋顶能吸收大部分太阳光,使得室内升温。如果让屋顶在冬天自动变成深色,在夏天自动变成浅色,可以大大节省房屋用于取暖和制冷的能耗。 聚(N-异丙基丙烯酰胺)(缩写为PNIPAM)是一种温敏性高分子,它在水中会发生可逆的相变,在相转变温度(缩写为LCST)以下时,PNIPAM完全溶于水,在LCST以上时,PNIAPM从水中析出,呈乳液状。本文首先研究了PNIPAM水溶液的光学性质随温度的变化规律,发现：在LCST以上时,PNIPAM颗粒对光有散射作用,光的最低透过率与光程,溶液浓度有关。本文尝试利用这一温敏特性,探索一种智能变色建筑节能系统的设计新思路。当室外温度低于LCST(32℃)时(如冬天),PNIPAM水溶液呈透明状态,太阳光可直射黑色屋顶,为其吸收,为建筑提供能量,减少暖气使用量；当温度高于LCST时(如夏天),PNIPAM以粒子状态析出,体系呈乳液状,屋顶呈白色、散射太阳光,从而降低屋顶对太阳能的吸收,减少制冷空调的使用。 模拟的试验体系表明,反射率随着PNIPAM浓度的增加而增加,当浓度超过0.05g/mL后,反射率达到最大值：33.0%。在这一浓度下,与不加PNIPAM的对照组相比,加入PNIPAM,温升可降低6.1℃。另外,反射率与PNIPAM分子量无关,加入少量丙烯酸共聚后,聚合物的LCST升高,反射率降低。 本研究为屋顶节能材料的开发提供了一种启示。 【关键词】：建筑节能 温致变色 聚(N-异丙基丙烯酰胺) 智能屋顶
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TQ320.1
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目录9-11
• 1 文献综述11-24
• 1.1 建筑节能11-14
• 1.1.1 建筑节能的重要性11-13
• 1.1.2 气候对将建筑节能的影响13-14
• 1.2 节能屋顶14-20
• 1.2.1 屋顶的节能措施14-17
• 1.2.2 太阳能利用17-19
• 1.2.3 可逆温致变色屋顶涂料19-20
• 1.3 温敏性聚合物PNIPAM20-23
• 1.4 本课题选题的意义,主要内容23-24
• 2 PNIPAM水溶液性质的研究24-37
• 2.1 引言24
• 2.2 实验部分24-26
• 2.2.1 药品与仪器24-25
• 2.2.2 PNIPAM聚合物的制备25
• 2.2.3 PNIPAM水溶液的光学性质25
• 2.2.4 红外测定其透过谱图和漫反射谱图25-26
• 2.2.5 PNIPAM粒径的测量26
• 2.3 结果与讨论26-35
• 2.3.1 光谱扫描分析26-28
• 2.3.2 光程,浓度对透过率的影响28-31
• 2.3.3 乳液粒径的测定31-35
• 2.4 本章小结35-37
• 3 变色节能体系的构建及节能效果的测试37-45
• 3.1 引言37
• 3.2 实验部分37-38
• 3.2.1 仪器与设备37
• 3.2.2 变色节能体系的构建37-38
• 3.2.3 节能效果的测试38
• 3.3 结果与讨论38-44
• 3.3.1 氙灯辐射能的估算38-39
• 3.3.2 各个样品的温度-时间曲线39-41
• 3.3.3 建立模型估算反射率41-43
• 3.3.4 误差分析43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 PNIPAM的分子量和共聚改性对节能效果的影响45-53
• 4.1 引言45
• 4.2 实验部分45-46
• 4.2.1 药品与仪器45
• 4.2.2 不同分子量PNIPAM的制备45-46
• 4.2.3 PNIPAM的共聚改性46
• 4.2.4 共聚物水溶液的光学性质46
• 4.2.5 节能效果的测量46
• 4.3 结果与讨论46-52
• 4.3.1 分子量对节能效果的影响46-50
• 4.3.2 共聚对节能效果的影响50-52
• 4.4 本章小结52-53
• 5 结论与展望53-56
• 5.1 主要结论53
• 5.2 创新点53-54
• 5.3 应用上的缺陷54
• 5.4 展望54-56
• 参考文献56-58

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