相变储能建筑材料

《相变储能建筑材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《相变储能建筑材料（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、ih ru uwr-j i摘要：本文对相变储能材料，相变材料的原理、分类和应用情况进行了简要介 绍。并综述了相变储能建筑材料的国外的研究状况，相变储能材料与建筑材料基 体结合的方法，着重介绍了相变储能材料在建筑中的应用，展望了相变储能建筑 材料的发展前景。关键词：相变储能建筑Phase Change Power Storage Building MaterialAbstract : In this paper, the principle, classification and application of phase change materials are briefly introduc

2、ed. And it gives an overview of the phase change energy storage to building materials at home and abroad research condition, phase change energy storage materials and building materials matrix binding method, and then it emphatically introduces the phase-change energy materials in construction appli

3、cations. Finally, this paper introduces the development prospect of phase change energy storage building materials in detail.Keywords: Phase transition; Energy storage ; Architecture.目录摘要：1 关键词1 前言3 1相变节能材料概述31.1 相变材料定义及原理31.2 相变材料的分类41.3 相变节能材料的应用51.3.1 在太阳能供暖系统上的应用51.3.2 在工业加热过程的应用51.3.3 在纺织行业中的应用

4、61.3. 4 在建筑领域的应用62 相变储能建筑材料73 相变储能材料与建筑材料基体结合的方法83.1 PCM封装技术概述93.2 封装法的制备工艺93.3 封装法的不足之处1 04 PCM在建筑节能中的应用104.1 相变储能墙板1 04.1.1 相变储能石膏板114.1.2 相变储能混凝土114.1.3 保温隔热材料1 14.2 相变涂料1 24.3 相变蓄热地板1 25 展望13 结语错误!未定义书签。 参考文献1 4-kZ. k-前言相变过程一般是一等温或近似等温过程，相变过程中伴有能量的吸收或释 放，这部分能量称为相变潜热，利用相变过程的这一特点开发了许多相变储能材 料。与显热储能

5、材料相比，潜热储能材料不仅能量密度较高，而且所用装置简单、 体积小、设计灵活、使用方便且易于管理。另外，它还有一个很大的优点，即这 类材料在相变储能过程中，材料近似恒温，可以以此来控制体系的温度。利用储 能材料储能是提高能源利用效率和保护环境的重要手段之一，可用于解决热能供 给与需求失配的矛盾，在能源、航天、军事、农业、建筑、化工、冶金等领域展 示出十分广泛和重要的应用前景，储热材料的研究目前已成为世界围的研究热 点。利用相变材料储能是提高能源利用效率和保护环境的重要手段之一，可以解 决热能供给与需求失配的矛盾，在能源、航天、军事、农业、建筑、化工等领域 展现出十分广阔和重要的应用前景。常低温

6、相变材料是近年来国外在能源利用和 材料科学方面开发研究十分活跃的领域，得到了人们广泛的重视。1相变节能材料概述1.1 相变材料定义及原理相变材料（Phase Change Materials，简称PCM ）是指在一定温度围，物理状态或分子结构发生转变的一类材料。它们在物理状态或分子结构发生转变过程中，可以吸收环境的热量，并在需要时向环境释放出热量，从而达到控制周围环 境温度的目的【1】。利用相变材料的相变潜热（Latent Heat Storage，简称LHS ）来 实现能量的贮存和利用，有助于开发环保节能型的相变复合材料，是近年来材料 科学和能源利用领域中一个十分活跃的前沿学科。从储热方法来

7、看，主要有显热储热、潜热储热和化学反应储热三种。显热储 热是利用物质的温度升高吸收热能而存储热量的。化学反应储热是指利用可逆化 学反应的结合热储存热能，发生化学反应时，可以有催化剂，也可以没有催化剂。 潜热储热与相变紧密相连，是利用物质在凝固（熔化）、凝结（气化）、凝华（升 华）以及其他形式的相变过程中，都要吸收或放出相变潜热的原理来进行能量储 存的技术【2】。以固一液相变为例，将相变材料加热至熔化温度时，会产生从固态到液态的 相变，在熔化的过程中，相变材料吸收并储存大量的潜热；当相变材料冷却时， 储存的热量在一定的温度围会释放到周围环境中，进行从液态到固态的逆相变。 在这两种相变过程中，所储

8、存或释放的能量称为相变潜热。1.2相变材料的分类根据相变材料的组成，一般可将其分为无机化合物、有机化合物及无机 有机复合相变材料。根据相变材料相变形式一般又可分为固固、固液、液气、固气四类。 由于后两种相变过程中有大量气体，相变物质的体积变化很大，因此，尽管这两 类相变过程中的相变潜热很大，但在实际应用中很少被选用。与此相反，固固 相变由于体积变化小，对容器要求低 （容器密封性、强度无需很高） ，往往是实 际应用中希望采用的相变类型。有时为了应用需要，几种相变类型可同时采用。按相变温度围分为高温( 250 C)、中温(100 250 C)和低温( 100 C)储能材料【3-4】。1.3 相变节

9、能材料的应用随着人们对相变材料的关注越来越多，PCM在日常生活、航空航天等领域 的研究逐步开展起来，而近年来的研究热点主要集中在民用，比较典型的应用有 以下几类。1.3.1 在太阳能供暖系统上的应用相变储热材料用于储热具有环保、高效、节能、安全等多项优势，非常适合 于太阳能供暖系统储热，以替代传统的取暖设备。组合式相变储热单元换热器为 方形结构，主要由钢板、折流板、高密度聚乙烯管组成。相变储热材料用石蜡封 装在管，每根管都留有5% 10%的空余空间，用来避免储热材料受热膨胀将 管胀裂，这种供暖系统在实际中已有应用。1.3.2 在工业加热过程的应用在工业加热设备的余热利用系统中，传统的储热器通常

10、是采用耐火材料作为 吸收余热的储热材料，由于热量的吸收仅仅是依靠耐火材料的显热容变化，这种 储热室具有体积大、造价高、热惯性大、输出功率逐渐下降等缺点，在工业加热 领域难以普遍应用。相变储热系统是一种可以替代传统储热器的新型余热利用系 统，它主要利用物质在固/液两态变化过程中潜热的吸收和释放来实现热能的贮 存和输出，潜热与显热容相比较不仅包含有更大的能量，而且潜热的释放是在恒 定温度下进行。与常规的储热室相比，相变储热系统体积可以减少30% 50%;因此，利用相变储热系统替代传统的储热器，不仅可以克服原有蓄热器的缺点， 使加热系统在采用节能设备后仍能稳定地运行，而且有利于余热利用技术在工业 加

11、热过程的广泛应用。1.3.3 在纺织行业中的应用在服装中加入相变材料可以增强服装的保暖功能，甚至使其具有智能化的部 温度调节功能。根据使用要求可以生产具有不同的相变温度的产品，如用于严寒 气候的41级纤维的相变温度在18.329 .4 C,用于运动服装的43级纤维的相变 温度在32.243.3 C。相变储能纤维的智能调温机理是：当人体处于剧烈活动阶 段会产生较多的热量，利用相变材料将这些热量储藏起来，当人体处于静止时期， 相变材料储藏的热量又会缓慢地释放出来，用于维持服装的温度恒定。1.3. 4 在建筑领域的应用建筑围护结构的相变墙体，是由适宜的相变材料与建材基体复合而成。这种 墙体可充分利用

12、夜间低价电蓄热，供次日白天作辅助热源，降低采暖系统的投资 与能耗，改善室环境。相变墙体的研制，选择合适的相变材料至关重要。因此， 人们往往先考虑有合适的相变温度和有较大相变潜热的相变材料，而后再考虑各 种影响研究和应用的综合性因素。近年来，国际上出现了一类新型相变材料即定 形相变储热材料。这类材料的出现，使建筑行业中利用墙体储热成为可能。这类 相变材料在相变前后均能维持原来的形状（固态），它对容器要求很低，大大降低 了相变储热系统的成本;而且某些性能优异的定形相变材料可以与传热介质直接接触，使换热效率得到很大提高。2 相变储能建筑材料建材轻质化是当今社会建材发展的重要趋势，但轻质建材带来的一个

13、重大缺Light Weight Constrjict ionPlasterMicrocapsules陷就是房屋保暖性变差、能耗增 加，在建材中添加PCM是解决这 个问题的有效途径之一。其结构 如右图所示。相变材料掺入到基 材中制备的相变储能建筑材料， 应用于建筑墙体中，可以减少环 境温度引起的室温度波动，提高墙体的保温、隔热能力，减少室空调等用电设施 的使用，从而可实现环保节能的目的。如前面所述，相变材料种类很多，分类也很多，并不是所有的相变材料品种 都能用于建筑节能，建筑节能用相变储能材料要符合如下要求：1）具体较高的储热能力和热传导性能；2）相变温度要适合应用的环境要求，一般要求接近人体的

14、舒适温度；（3）发生吸放热温度变化时相变材料的体积变化小；;（4）相变可逆性好，保证使用寿命长；（5）材料价廉易得；（6）材料无毒、无腐蚀性。综合上述要求，多元醇类相变材料以及层状钙钛矿类相变材料是能够用于建筑节能材料的两类固 固相变材料。多元醇类相变材料具有性能稳定，使用寿命 长，相变焓较大，无液相产生，体积变化小等特点，应用广泛。而层状钙钛矿因 其相变温度高、价格较贵使用的较少。此外，在建筑相变材料中值得一提的是定形复合相变材料。它仍采用固液 相变形式，但不同的是在相变储热时，这一类相变材料的外形一直保持固体形状 而没有流动性。其主要成分是工作物质和载体基质。工作物质是固液相变材料， 以有

15、机类固液相变材料居多；载体基质是一类相变温度较高、在工作物质的相 变温度围保持固体形状、物化性能稳定、有一定机械性能的物质，目前主要采用 一些交联高分子树脂类物质。工作基质和载体基质通过熔融下共混或封装的方法 结合在一起。有学者以高密度聚乙烯为载体制备了定形相变材料，这种材料兼顾 了固液相变潜热大以及固固相变体积小的优点，并且物理性能和化学性能稳 定，热导率高，使用过程中无需容器装封，与传统建筑材料复合工艺简单。它的 出现使 PMC 在建筑中的应用成为可能【5】。3 相变储能材料与建筑材料基体结合的方法将相变材料与建筑材料基体复合制成相变储能建筑材料的方法主要有三种： 直接加入、浸泡和封装。直

16、接加入法，即将相变材料直接与建材基体混合，如将相变材料吸入半流动 性的硅石细粉中，然后掺入建材基体中。许多新型固固相变材料的不断开发推 动了这一工艺的应用。直接加入法的优点在于便于控制加入量，工艺简单，性质 更均匀，更易于做成各种形状和大小的建筑构件，以满足不同的需要。浸泡法，即通过浸泡将相变材料渗入多孔的建材基体中，如石膏墙板、水泥 混凝土试块等。其优点是工艺简单，易于使传统的建筑材料（如石膏墙板）按要 求变成相变储能建筑材料，可对成品建筑材料进行处理。但是，采用这两种方法制备的相变储能建材耐久性差，主要表现为相变工质 的泄漏和对基材的腐蚀。封装方法有效地解决了上述问题。3.1 PCM 封装技术概述封装法先将相变