基于可再生能源利用的陶粒储能矿渣砌块的实验及应用研究

陈羽玲 1 黎潇 2

广西理工职业技术学院 广西崇左市 532200

摘要：我国建筑能耗约占所有能耗的27%以上，而且以每年1个百分点的速度在增加。在当前我国现有建筑中，95%以上是高能耗建筑，成为社会沉重的能源负担，且严重的污染环境，制约了我国的可持续发展。为解决我国高能耗建筑、墙体节能保温性能差的现状，本文以陶粒为骨料通过试验研究具有高效自动控温性能的新型建筑节能环保砖——陶粒储能矿渣砌块，为国内实现墙体无需外加保温层技术，仅凭砌块自身优良的综合性能即可实现建筑节能提供了重要的实验数据和理论参考。

1.背景分析

人口、环境和资源问题是当今社会最为严峻的问题。人类的生存与发展离不开环境和资源，只有合理利用资源，才能真正实现可持续发展的战略目标。然而，资源日益短缺的问题日益凸显，我们必须寻求最好的方式，尽最大努力节约资源，减少能耗。在世界总能耗中，建筑物能耗大约占11%-25%。建筑能耗不能增加经济利润，更不能创造价值，但却浪费了太多的生产成本。所以，研究如何最大化地减少建筑能耗非常必要。据统计，当前欧美等国的建筑能耗占到整个总能耗的40%，我国的建筑能耗占30%左右。从数据来看，我国的能耗比例并不算高，然而，平均摊派到单位建筑面积上的能源消耗量却是非常巨大的，大约是同纬度国家的3-4倍。

建设生态文明是关系人民福祉、关乎民族未来的大计，是实现中华民族伟大 复兴中国梦的重要内容。习近平总书记指出：“我们既要绿水青山，也要金山银山。宁要绿水青山，不要金山银山，而且绿水青山就是金山银山”；要按照绿色发展理念，树立大局观、长远观、整体观，坚持保护优先，坚持节约和保护环境 的基本国策，把生态文明建设融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程，建设美丽中国，努力开创社会主义生态文明新时代。

保护生态环境关系人民的根本利益和民族发展的长远利益。以可持续发展、 人与自然和谐为目标，国内学者对绿色节约型建材的研究日益增加，以期开发新 型建筑材料来协调资源与环境的关系，保护环境的同时又能提高资源利用率。推 动生态文明体制改革，建设美丽中国。

2.高建筑能耗给环境带来的危害

2.1温室效应

温室效应引发全球变暖所带来的影响和危害主要有几个方面： 海平面上升；全球降雨不均衡、洪涝、干旱时有发生；影响大气环流，出现异常天气情况，造成农作物欠收；快速的气候变化造成大量物种的灭绝，对生物产生多样化影响；全球变暖造成生态系统和环境的变化，引起传染病的流行，危害人类健康。

2.2破坏臭氧层

臭氧层能有效地阻止大部分有害紫外光通过，而让可见光通过并达到地球表面，为各种生物的生存提供必要的太阳能。而当前人类的活动正在使臭氧层遭到几乎毁灭性的破坏。臭氧层遭到破坏会带来严重的后果，使人体免疫机能下降，增加皮肤癌、白内障的概率；过量的阳光造成农作物减产，森林的退化；海洋生态系统遭到破环，加剧温室效应和全球变暖。

2.3酸雨

酸雨是指pH<5.6的降水，是大气环境质量综合因素的客观反映。尤其以煤炭和石油燃烧过程中释放的二氧化碳，矿物燃料中含氮物质燃烧时产生Nox。酸雨对农业的影响主要造成土壤酸化，肥力降低，会造成水体酸化，破坏水生生态系统，还会造成植物黄叶并脱落，森林成片衰亡，同时，酸雨会危害人体健康，诱发癌症、老年痴呆等疾病，使人患动脉硬化、心梗、肺水肿的概率大大提高。受污染的土壤，一般不具有天然的自净能力，也很难通过稀释扩散办法减轻其污染程度，必须采取耗资巨大的改造土壤的办法来解决。

3.陶粒的应用性

目前市场上城市建设所使用的陶粒砌块，以普通陶粒泡沫混凝土砌块为主， 主要是采用超轻陶粒和发泡砂浆（水泥、粉煤灰、发泡剂配制、减缩剂），其具有质量轻、强度高、隔热保湿性好、吸收率低、抗冻、防火、耐久性好等优点， 但是不能完全杜绝它的全部缺点，还存在相变物质在使用过程中容易泄露，储藏可靠性不稳定以及成本高等一系列问题。

为了满足社会发展的需要，陶粒储能矿渣砌块应运而生，这就需要一种原材料来源广泛、性价比高的节能减排陶粒砌块取而代之，这是本文的研究方向——陶粒储能矿渣砌块。陶粒储能矿渣砌块作为城市建设重要的新型材料之一，它具有良好的保温隔热性能，但是单一的陶粒混凝土矿渣砌块不能保障建筑墙体的节能率，因此要提高墙体节能率，在中国拥有极为广阔的市场空间和发展前景，绿色节能、性价比高，也符合我国对城市建设的需要。笔者在实验中加入了相变材料，经过反复试验，得出了最佳的解决方案——拥有“自调温”功能的陶粒储能矿渣砌块。由于复合相变储热材料是通过几种不同性质的材料经过物理、化学等方法复合成一体，从而克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺点，本文利用这一特点解决了固一液相变材料的液相泄漏的问题，并且由于微尺寸效应可以大大强化相变材料的传热性能，加快相变。

4. 实验过程及技术特点

4.1实验过程

（1）将污泥、矿渣、煤灰等原料和黏土进行自然晾晒一段时间后送到各自的料仓中。将黏土送到辊齿式破碎机进行破碎，使得黏土的粒度变得更小，然后 送入双轴搅拌机，污泥、矿渣、煤灰等原料通过螺旋输送机输送到双轴搅拌机， 一起在双轴搅拌机内进行充分的混合和搅拌，然后送到陈化堆场进行堆存；

（2）将陈化72小时后的混合料送到料仓，然后经过双轴搅拌机搅拌后，送 到对辊造粒机挤压制粒。产出的颗粒料球由皮带输送机送入整形筛分机，圆整处 理后，小颗粒被筛出，合格的颗粒球被送入双筒插接式回转窑进行预热和焙烧。 烧制出的陶粒成品落入冷却机冷却后，再由回转筛分成5mm、15mm、25mm三种规格的成品，各自存放在堆场存放。

（3）以石蜡和硬脂酸丁酯、癸酸和月桂酸二元低共熔体系为最佳组合，按 照石蜡:硬脂酸丁酯=60%:40%，制备相变材料，相变温度为25.09°C，相变潜热为 112.59J/g；

（4）采用真空吸入的方式将相变材料吸附到陶粒中；

（5）将环氧树脂、稀释剂(丙酮)与固化剂(己二胺)按照质量比为 1: 0.15: 0.25 的比例混合，把吸入了相变材料的陶粒放入其中并搅拌，使陶粒表面被环 氧树脂完全包覆。10s后捞出，平摊直至环氧树脂固化；

（6）按绝对体积法进行相变混凝土的配合比设计，水泥:中砂:陶粒:水:减水剂=349:621:695:194:3.2制成陶粒储能矿渣砌块。

4.2技术特点

一是相变潜能超导技术。采用相变潜能超导技术的陶粒储能矿渣砌块比普通陶粒矿渣砌块降低室内 气温高达7°C。

二是真空封装处理技术。采用真空封装处理的陶粒经历100次相变循环后相变材料的质量损失率在2%-4%之间，而没有封装陶粒随着循环次数的增加，质量损失不断增大，在经历100次相变循环后，相变材料损失高达20%。

5.结语

为了矿渣、煤灰等资源再利用和响应国家在建筑的节能减排方面的号召，本文结合陶粒的特点，通过研究实验证明可再生能源再利用的陶粒储能矿渣砌块，使矿渣、粉煤灰等资源得到了更好的利用，并具有环保性、舒适性、安全性等特点。由此可见，陶粒混凝土是一种优良的建筑材料，不但耐腐蚀（酸、碱）性能优于普通混凝土，而且具有优异的抗碱集料反应能力，应大力推广使用。

参考文献：

[1]尚燕,张雄,储能新技术——相变储能.上海建材,2004,6.

[2]韩晋民.建筑应用相变储能材料[J].建筑科技,2004,20.

[3]马芳梅.相变物质蓄能建筑材料性质研究的进展[J].新型建筑材料,1997,8:40~42.

基金项目：2021年度广西高校中青年教师科研基础能力提升项目（名称：基于可再生能源利用的相变储能陶粒矿渣砌块研究，编号：2021KY1893）