相变储能材料在建筑节能中的应用

文章编号： 1008-9357(2019)05-0541-09DOI: 10.14133/ki.1008-9357.20190505001

相变材料在建筑节能中的应用

纪旭阳1， 金兆国1， 梁福鑫2

（1. 航天特种材料及工艺技术研究所，北京 100074；2. 中国科学院化学研究所，北京 100190）

摘 要： 相变材料可以通过相态的转变以潜热的形式对环境温度进行调控，在诸多领域具有广

阔的应用前景，因而成为材料科学领域的研究热点。近年来，为降低建筑能耗，相变材料已经在

建筑节能领域实现了示范性的应用，这一新技术的应用能够有效降低建筑能耗并提高舒适度。

本课题组在前期工作的基础上，综述了相变材料最新应用技术及相变材料在建筑节能领域的应

用，并展望了相变材料在建筑节能领域的发展趋势。

关键词： 相变材料；复合材料；微胶囊；建筑节能

中图分类号： O63 文献标志码： A

Application of Phase Change Materials in Building Energy Conservation

JI Xuyang1, JIN Zhaoguo1, LIANG Fuxin2

（1. Aerospace Institute of Advanced Materials & Processing, Beijing 100074, China;

2. Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China）

Abstract: Phase change materials (PCMs) can absorb heat during melting and release heat during solidification. Thermal

management is realized in the form of latent heat through phase transition. Therefore, they have attracted great interest due to

相变储能材料的理论研究及在节能建筑中的应用

摘要：相变储能技术是当今节能减排大形势下研究的热点。本文介绍了相变储能材料的理论研究及其发展概况，包括相变材料的分类方法、封装技术和国内外研究现状，阐述了相变储能材料在节能建筑中的应用，并在此基础上提出了相变储能材料的发展方向。

关键词：相变材料；储能；节能建筑；应用

1 前言

世界统计数字表明，建筑能耗在社会全部总能耗所占的比率在30%左右，是能源消耗的一种主要形式，用于暖通空调的能耗又约占85%[1]。近几年来,相关学者始终致力于新型、高效的建筑节能材料的研究工作,相变储能材料(PCM)作为一种新兴的节能材料,已经成为国内外能源利用和材料科学方面研究的热点。相变储能材料简称相变材料，是指在其物相变化过程中可以从环境中吸收热(冷)量或向环境中放出热冷量，从而达到能量的储存和释放的目的。与显热储能相比，相变储能具有储能密度高、体积小巧、温度控制恒定、节能效果显著、相变温度选择范围宽、易于控制等优点，此特性可以应用于很多领域。

2 相变材料的概述及研究状况

2.1 相变材料的分类

根据相变种类的不同，相变蓄热一般分为四类：固—固相变、固—液相变、液—气相变及固—气相变。根据材料性质的不同，相变蓄热材料一般可分为有机类、无机类及混合类相变蓄热材料。根据使用温度范围的不同，相变蓄热材料有可分为中、低温相变蓄热材料，高温相变蓄热材料[2]。

2.2 相变材料的封装技术

在研究开发相变材料的过程中，相变材料的封装是一个关键技术，近年来，研究者们提出诸多方法，主要的封装技术有：浸渍法、直接混合法（是将相变材料直接与建筑材料基体两者熔融后混合在一起而制成的成分均匀的蓄能材料）、高聚物交联吸收法（将聚烯烃类的高聚物经交联处理，再放入高温熔化的相变材料中吸收，从而制得相变调温单元的方法就是高聚物交联吸收法）、微胶囊法（由两部分组成：壳材和芯材）、纳米复合技术（有利于提高相变材料的传热速率）[2]。

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相变材料在建筑节能中的应用综述

侯春光(北京交通大学土建学院北京100044)

[摘要〕建筑节能是实现环境文明的一条重要途径，而相变储能技术是实现建筑节能的重要措施。在对相变建筑材料的特征与制备技术的发展进行综合分析的基础上，描述相变建筑材料的应用现状，并提出相变材料在建筑节能领域中的发展前景。[关键词]相变材料相变储能建筑节能环境文明中图分类号:TU5文献标识码:A文章编号:1671-7597(2008)0210060-02

人类社会进入21世纪，实施可持续发展战略，充分发展环保产业、建设环境文明是人们追求的新目标。居住和工作环境是人们生

存和发展的基础条件，随着国际和国内对环境与能源问题的日益关注，人们更加注重对于住宅及公共建筑的采暖、通风、空调等建筑

能耗问题的思考和研究。特别是现代建筑向高层发展以来，围护结构既要求建材轻质，同时又要求克服普通材料热容较小、保温储能

效果较差的缺点，这样才能在保证建筑使用功能的同时又不会导致

能耗的加剧增长。相变材料在满足建筑节能设计新标准的同时，还

可以减轻墙体自重，使墙体变薄、增加房屋的有效使用面积;而且

可以降低室内温度波动，提高房间的舒适度。因此，利用相变储能

技术是建筑节能的一项重要措施。

一、相变趁筑材料的特点和类型

(一)相变材料及其特点相变材料是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。其

具有独特的潜热性能，在相变化过程中，可以从环境吸收热量或向

环境放出热量，从而达到热量存储和释放的月的「2]。相变材料与传统建材复合成具有储热和温度控制功能的建筑围护结构材料，可以

减少室内温度波动，提高舒适度，增大室内空间，减轻建筑物自

重，节省制冷和采暖费用。

用于建筑节能的理想相变材料〔10]，应该满足以下要求:

(1)相变温度正好是室内设计温度或供暖、空调系统要求控制

的温度;(2)具有足够大的相变潜热;

(3)相变时膨胀或收缩性要小;

(4)相变的可逆性好，相变过程的方向仅以温度决定，不存在

浅谈相变储能在建筑材料的应用

摘要：本文介绍相变储能建筑材料的理论基础，相变蓄热材料的分类，相变储能建筑材料研究现状及相变储能建筑材料应用前景。

关键词：相变储能材料 建筑材料 储能 复合相变材料

一、相变储能建筑材料理论基础

相变储能材料的英文全称为Phase Change Materials，简称为PCM。相变储能材料是指在一定的温度范围内，利用材料本身相态或结构变化，向环境自动吸收或释放潜热，从而达到调控环境温度的一类物质。具体相变过程为：当环境温度高于相变温度时，材料吸收并储存热量，以降低环境温度；当环境温度低于相变温度时，材料释放储存的热量，以提高环境温度。

利用相变材料的相变潜热来实现能量的贮存和利用，可用于开发环保节能型复合材料。通过将相变材料与建筑材料基体复合，可以制成相变储能建筑材料。它是一种热功能复合材料，能够将能量以相变潜热的形式进行贮存，实现能量在不同时空位置之间的转换。

二、相变蓄热材料的分类

相变储蓄材料分：低温相变储蓄材料、中温相变储蓄材料及高温相变储蓄材料。

1.低温相变蓄热材料

低温相变储热材料又分为以下几类：

（1）无机相变材料

无机相变材料主要包括结晶水合盐、熔融盐、金属或合金。结晶水合盐通常是中、低温相变蓄能材料中重要的一类,具有价格便宜,体积蓄热密度大,熔解热大,熔点固定,热导率比有机相变材料大,一般呈中性等优点。

（2）有机相变材料

有机相变材料主要包括石蜡,脂肪酸及其他种类。石蜡主要由不同长短的直链烷烃混合而成。脂肪酸的性能特点与石蜡相似 ,大部分的脂肪酸都可以从动植物中提取,其原料具有可再生和环保的特点,是近年来研究的热点。其他还有有机类的固-固相变材料,如高密度聚乙烯,多元醇等。

（3）复合相变材料

材料的复合化可将各种材料的优点集合在一起,制备复合相变材料是潜热蓄热材料的一种必然的发展趋势。

（4）复合材料的支撑体

目前,国内外学者研制的支撑材料主要有膨胀石墨、陶瓷、膨润土、微胶囊等。 膨胀石墨是由石墨微晶构成的疏松多孔的蠕虫状物质,它除了保留了良好的导热性和吸附性。陶瓷材料有耐高温、抗氧化、耐化学腐蚀等优点,被大量地选做工业蓄热体。膨润土有独特的纳米层间结构,采用“插层法”将有机相变材料嵌入其层状空间,制备有机、无机纳米复合材料。微胶囊相变材料是用微胶囊技术制备出的复合相变材料。