本文是一篇农业论文，本课题首先是结合应用环境，相变材料选择正十六烷微胶囊（N-h PCM），阻燃剂选择传统的十溴二苯乙烷（DBDPE）及新型的可膨胀石墨（EG50）。
第一章绪论
1.1研究背景及意义
我国的建筑面积高达450亿m2，随着城镇化建设的展开，建筑面积每年保持18亿平方米的增速，而节能建筑的面积仅占5%，建筑能耗占总能耗的30%，建筑节能是解决我国能耗问题的重要方面[1-5]。相变材料(PCM)是一种能够以接近等温的方式储存或释放潜热的物质，具有很高的储能密度[6]，人们把具有很高的储能密度的相变材料(PCM)归类为潜热热能储存(LHTES)材料，适用于TES(热能储存)应用。PCM除了储存热能外，还可以通过在相变过程中放出大量的潜热，对其所在的建筑部件产生热调节作用，当前，在建筑围护结构中最常用的保温材料是硬质聚氨酯泡沫(RPUF)，以确保建筑物的内部保温。各种研究表明，在RPUF泡沫中加入适量的PCM将提高这些材料的热能储存能力[7]。但是，在相变过程中，大量的体积变化和泄漏限制了有机PCM的广泛应用。相变材料的微胶囊化，既可以解决相变材料相变吸热过程中易泄露挥发问题，还可以减少相变材料与外界环境的反应，有效地增大热传导面积[8]。
高度的细胞结构和可燃性成分，使RPUF具有内在的可燃性，其极限氧指数为19.0%。在燃烧过程中，RPUF会剧烈燃烧并产生大量的有毒烟雾和气体，导致严重的人员伤亡和经济损失[9]。因此研究者们不断对硬质聚氨酯保温材料进行阻燃改性，通过添加各种功能的阻燃剂，改善硬质聚氨酯保温材料的阻燃性能，制备出成本低廉、导热系数小、保温性能好、阻燃性能佳的新型硬质聚氨酯保温材料，从而有效阻燃，保证安全，保温隔热[10]。这些年，研究者们着重对硬质聚氨酯泡沫填充的相变类材料和阻燃类材料进行了单独的专业化研究，但是，同时将两者研究的较少。将阻燃剂及相变微胶囊加入硬质聚氨酯泡沫中，探究兼具防火与储能作用的泡沫，应用在建筑围护结构，可以满足调控房屋室内温度、节约能源、防水防火的要求。在建筑物中，采用相变储能技术对建筑进行节能改造，也是落实我国节能减排的重要举措之一。
1.2相变蓄能技术与相变材料
1.2.1相变蓄能技术
能量的存储方式主要有三种[11]：显热储能、化学储能与潜热储能。显热储能，它是材料通过自身的热容，在进行加热、冷却时，进行蓄热，具有使用方便，使用寿命长，造价低廉的优点，在贮藏过程中，有一个缺点，就是贮存的热量比较少，而且温度会发生变化。化学储能则是指能量转换过程中，能量转换是由能量分子的断裂和重新组合引起的。相变储能利用相变材料在状态转换过程中吸收或释放大量热能，而在这一过程中，其储存温度保持稳定不变。在实际应用中，温度控制分为两个方面：设定设备的工作温度区间，如高温、低温或常温；以及保证温度分布的均匀性和稳定性。相变是指物质形态或构成的变化，即物质从一种相态变化到另一种相态[12]。在这两个过程中，相变物质储存或释放的能量称作相变潜热（Latent heat），它是衡量其储能效率的关键指标。理论上，相变物质可以被看作是一种蓄能器。相变储能技术解决了供需失衡，提高了能源利用效率和环境保护，在太阳能、工厂废热回收、在建筑节能及其它方面有广泛的应用前景。
1.2.2相变微胶囊
相变储能材料的种类繁多，现已经发现的相变材料就达六千多种[13]。总体上PCM可以依据相变温度、相变行为方式、相变材料组成属性划分为三类。依据是否是有机物，PCM可以分为无机PCM和有机PCM。无机PCM包括金属合金、盐类水合物和其他金属结晶材料。然而，它们的应用受到高过冷度、可逆性稳定性差和相分离等缺陷的限制。石蜡，正烷烃，脂肪酸等，鉴于其非腐蚀性、高能量密度、低过冷度和良好的可逆性，在提高能源效率方面显示出巨大的应用潜力，已经吸引了越来越多的关注。
第二章阻燃型RPUF的制备及性能研究
2.1实验方法
2.1.1制备原理
可膨胀石墨(Expandable graphite，简称EG)是一种石墨插层化合物，在凝聚相中发挥着优异的阻燃作用，这是由于EG片层中含有的浓硫酸在受热的过程中能够与碳反应，最终生成水、二氧化碳和二氧化硫，促使EG产生爆米花效应，而且在较短的时间内迅速膨胀，生成蠕虫状炭层，覆盖在聚合物的基体上起到表面隔绝热量的作用，从而延缓聚合物的分解，由于质量损失小，烟气产量也很少，工艺简单，生产成本低，导热性良好，能够使热量均匀迅速地扩散等优点被广泛地应用于阻燃聚氨酯泡沫材料中。十溴二苯乙烷（DBDPE）的使用已经有20多年，最初是雅保公司开发的一种阻燃剂，它虽然是一种广谱阻燃剂，但是对环境没有污染，而且我国也实现了技术突破。
在生产硬质聚氨酯泡沫材料时，需要多元醇，催化剂，发泡剂，泡沫稳定剂，多异氰酸酯等。同时，另外加入一些添加剂，以使其具有特定的特性。制备的反应式如图2-1所示。
2.2结果与分析
2.2.1反应速度分析
硬质聚氨酯泡沫发泡过程有三个时间段，将开始搅拌到混合物变为乳白色同时上升的时间段称为乳白时间，说明已经发生反应；当泡沫体的增长速度变慢，取出一部分会产生纤维丝，这个时间段是凝胶时间，说明异氰酸酯与聚醚多元醇的主要成分反应将结束，泡沫体积不再变化；泡沫体出现拉丝后会缓慢增长一段时间，然后基本不再变化，这个时间段是固化时间，全部反应到此时完成。EG/DBDPE/RPUF复合材料的样品如图2-4其中1-EG/DBDPE/RPUF组合为1-1号、1-3号、1-4号、1-5号、1-7号泡沫制品，2-EG/DBDPE/RPUF组合为1-1号、1-2号、1-4号、1-6号、1-8号泡沫制品。20%阻燃剂添加量的情况下，增补的EG50与DBDPE按照1:1配比的是1-9号泡沫制品。
发泡过程中，一边观察一边记录整个过程的乳白、凝胶与固化时间，统计结果如表2-4所示。由数据可知，1-1号无添加的RPUF乳白时间为13.9s，凝胶时间为18.8s，固化时间为28.8s，添加阻燃剂后，EG50添加的RPUF的乳白时间从1-1号的15.9s增加到1-9号的22.4s，涨幅为40.9%，凝胶时间从25.6s增加到29.5s，涨幅为15.2%；固化时间从32.5s增加到42.7s，涨幅为31.5%。不同试样号的反应时间如图2-5所示。
第三章 其它助剂对阻燃型RPUF的性能影响研究 ............... 23
3.1 实验方法 ..................... 23
3.1.1 制备原理 ................................ 23
3.1.2 实验材料及步骤 .................................. 23
第四章 相变微胶囊复合阻燃型 RPUF 的制备及性能研究 .............. 32
4.1 实验方法 ................. 32
4.1.1 制备原理 ............................. 32
4.1.2 实验材料及步骤 ......................... 32
第五章 基于 Design Builder 的相变阻燃型建筑围护结构节能研究.............42
5.1 建筑围护结构外墙保温板最佳厚度计算 ................... 42
5.1.1 围护结构外墙能耗计算 .......................... 42
5.1.2 单位面积外墙总供热燃料费用 ............................ 43
第五章基于Design Builder的相变阻燃型建筑围护结构节能研究
5.1建筑围护结构外墙保温板最佳厚度计算
5.1.4保温层最佳厚度的确定
从不同参考费用经济性分析，探究相变阻燃型硬质聚氨酯保温材料最合理的经济层保温厚度。
每吨相变阻燃型聚氨酯可发泡20-25m3，原料9500-11000元／吨，大致计算每立方米费用为380-550元，阻燃剂、相变材料会增加一部分费用，定为1000-1500元，安装会附带一部分费用，定为300-500元／m3，最终总费用取2000元／m3。结合公式（5-11）将结果绘图，如图5-1。
图5-1表明，不考虑保温时，单位面积墙体所供热燃料费用和保温层生命周期内总费用的和是147.3元／m2；增加保温层厚度为10mm，统计总费用为134.5元／m2，单位面积墙体所供热燃料费用下调了8.6%；增加保温层厚度为20mm，统计总费用为133.9元／m2，单位面积墙体所供热燃料费用下调了9.1%；增加保温层厚度为30mm，统计总费用为139.9元／m2，单位面积墙体所供热燃料费用下调了5.0%。
第六章结论与展望
6.1本课题的研究结论
本课题首先是结合应用环境，相变材料选择正十六烷微胶囊（N-h PCM），阻燃剂选择传统的十溴二苯乙烷（DBDPE）及新型的可膨胀石墨（EG50）。之后研究了不同填充量及组合的阻燃剂对硬质聚氨酯泡沫的性能影响，进行详细的测试分析，筛选出了阻燃剂最佳的用量与组合,紧接着研究了不同的发泡剂、催化剂对硬质聚氨酯泡沫的性能影响，进行详细的测试分析，选择出了最佳的组合。然后加入相变微胶囊，探究了不同含量相变微胶囊对泡沫样品的不同影响，确定了最佳的填充量，测试了相变焓、热导率、密度、压缩强度、极限氧指数。最后对相变阻燃型硬质聚氨酯保温材料从不同参考费用进行经济性分析，计算发现最合理的保温厚度为20mm，用Design Builder模拟了相变阻燃型泡沫的应用环境，定量分析其保温及节能表现。
得到的结论有：
（1）与无添加阻燃剂的RPUF相比，EG50与DBDPE含量增加，乳白时间、凝胶时
