减能相变材料
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为了提高热导率,相变材料装在浅而大的盘状容器中;也可以将PCM装入有导热流体包围的小圆柱管中;或者是壳管换热器的壳中。
部分填充PCM的蜂窝结构,以及将PCM置于球状的塑料容器中(即相变胶囊),很好的解决了相变时体积变化导致泄漏、导热面积减小引起热阻增大的问题。
组合相变材料直接接触的换热器固—固相变材料水和盐与不溶流体的使用,扰动解决了PCM的过冷和相隔离的问题,而且微/纳胶囊较大的面积/体积比,使得导热率加强。
材料在固态、液态、气态中发生转变的过程叫做相变。
材料在相变过程中,会放热或者吸热,而物体会维持恒温。
而这种特性为我们热控制带来了福音。
相变材料是由多组分构成的,包括主储剂、相变点调整剂、防过剂、防相分离剂、相变促进相变材料的分类:按照其相变过程可分为固——固相变、固——液相变、固——气相变和液——气相变材料四种,目前应用较多的是固——液相变材料。
按照其化学组成可分为无机相变材料、有机相变材料和复合相变材料。
无机相变材料包括结晶水合盐(可逆性不好)、熔融盐、金属合金等无机物;有机相变材料包括石蜡、羧酸、酯、多元醇等有机物;混合相变材料主要是有机和无机共融相变材料的混合物。
(多种相变材料混合可以获得合适的相变温度)三种各自的特点存在的问题:过冷、相分离、相变时体积变化、腐蚀容器、液相泄露;有机相变材料熔点低,易燃、导热率低。
近年来出现的产品:为解决固液相变时泄露和腐蚀,产生了胶囊相变材料,为增加表面积/体积比,微/纳米胶囊相变材料及其应用;定型相变材料综合了是将相变材料与高分子材料复合,既避免固-固相变材料潜热低的问题,又回避了固——液相变材料液体泄露的问题;金属泡沫相变材料等相变材料,应满足的要求有:合乎需要的相变温度;足够大的相变潜热;性能稳定,可反复使用;相变时的膨胀收缩性小;导热性好,相变速度快;相变可逆性好,原料廉价易得等。
改善相变材料导热性能的办法是,在相变材料中加人金属、陶瓷材料和热解石墨等导热系数高的填料,填料通常有以下结构形式:粉末、纤维、肋片及蜂窝;利用2种或者3种相变温度不同的材料按相变温度高低顺序进行放置,可得到合适的相变温度点,同时加快导热速度。
相变材料(Phase Change Materials,简称PCM。
所谓相变储能是指物质在相变化过程中吸收或释放能量.正是这一特性构成了相变储能材料具有广泛应用的理论基础。
相变材料从液态向固态转变时,要经历物理状态的变化。
在这两种相变过程中,材料要从环境中吸热,反之,向环境放热。
在物理状态发生变化时可储存或释放的能量称为相变热,发生相变的温度范围很窄。
物理状态发生变化时,材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变。
大量相变热转移到环境中时,产生了一个宽的温度平台。
相变材的出现,体现了恒温时间的延长,并可与显热和绝缘材料在热循环时,储存或释放显热。
其原理是:相变材料在热量的传输过程中将能量储存起来,就像热阻一样将可以延长能量传输时间,使温度梯度减小。
由于相变材料具有在相变过程中将热量以潜热的形式储存于自身或释放给环境的性能,因而通过恰当的设计将相变材料引入建筑围护结构中,可以使室外温度和热流波动的影响被削弱。
把室内温度控制在舒适的范围内。
此外,使用相变材料还有以下优点:其一,相变过程一般是等温或近似等温的过程,这种特性有利于把温度变化维持在较小的范围内,使人体感到舒适;其二,相变材料有很高的相变潜热,少量的材料可以储存大量的热量,与显热储热材料(如混凝土、砖等)相比,可以大大降低对建筑物结构的要求,从而使建筑物采用更加灵活的结构形式。
《相变蓄能建筑材料的研究》简介能源的可持续发展是当今世界的一大难题。
解决该难题的基本途径有两个一是依靠科技进步,发明或者发现当前能源的替代品,二是研究新型节能技术,减少能源消耗。
在开发新能源方面,太阳能的开发利用受到很大的重视。
太阳能几乎是取之不尽,用之不竭的清洁能源。
世界能源专家认为,太阳能将是本世纪的主要能源。
然而在太阳能利用方面存在一个突出的问题一太阳能的间断性,这跟昼夜交替以及天气情况有关。
因此,迫切需要一种材料能存储太阳能,使之成为一种能连续使用的能源。
在节能方面,余热或者废热的回收过程中也涉及到能量的存储问题,需要用到储能材料。
pcm相变材料
令字数意想不到的相变材料,也就是所谓的相变材料PCM,是最近几年来在材料科学研究中受到极大关注的一类新型复合材料。
它在体积和温度变化时具有很强的对抗性和耐久性,具有良好的物理和化学稳定性。
PCM是一种可控的储能应用技术,采用多种不同的相变材料作为填料来获得最佳的储能效果。
换言之,PCM是一种效率非常高的储能技术,它可以将大量的温度差转换成可以存储和释放的能量。
这种技术可以用来在夜间把白天收集到的太阳能储存起来,在日间释放出来。
在冬季,它可以利用太阳的热量保持室温的稳定,从而节省能源消耗。
在材料研究中,PCM的最大特点是其低成本,并且在大范围温度变化和恒定温度条件下都可以使用。
这种材料可以根据使用场景的需要,制备出多种不同的结构、类型和性能的PCM,具有更强的抗水性、耐化学性和热稳定性。
在建筑方面,PCM也具有极大的应用价值。
将PCM材料嵌入建筑结构中,可以有效减少外界高温引起的建筑热负荷,同时可以通过PCM的温度调节让室内的温度更加稳定,从而达到节能降耗的目的。
此外,PCM还可以用于食品保鲜、医疗等领域,能够提高食品的新鲜度,节约运输成本;在医疗领域,PCM材料可以提供稳定的温度供病人使用,从而减少医疗成本。
总之,PCM是一种极具有潜力的新型复合材料,它具有耐久性高、体积小、成本低,并且可以有效地减少温度差异和温度变化带来的冲
击,使得各个领域都可以受益匪浅。
因此,未来PCM将会是一种越来越受到重视的材料,有望在多个领域得到广泛应用。
相变材料在能源领域的应用相变材料是一种具有特殊性质的材料,其可以在温度或压力的改变下发生相变。
相变是物质在物理状态上的转变,比如从固态到液态、液态到气态等等。
相变材料可以在不同物理状态下存储和释放热能,因此在能源领域的应用十分广泛。
本文将探讨相变材料在能源领域的应用。
一、相变材料在太阳能领域的应用太阳能是一种可再生能源,但是在储存和利用方面存在一定的挑战。
相变材料可以用来储存太阳能,以便在需要时释放热能。
目前研究人员正在开发一种太阳能储存系统,其中使用了相变材料。
将相变材料嵌入到太阳能电池中,可以将热能转换成电能,从而提高太阳能电池的效率和稳定性。
二、相变材料在建筑领域的应用建筑领域是相变材料的一个重要应用场景。
相变材料可以用来控制室内温度和节能。
在炎热的夏季,相变材料可以帮助降低室内温度,减少空调的使用,达到节能的目的。
在寒冷的冬季,相变材料可以释放储存的热能,提高室内温度,减少采暖的费用。
三、相变材料在汽车领域的应用相变材料可以在汽车领域中用于储存和释放热能,从而提高汽车的燃油效率。
一些研究人员正在研发相变材料储存器,这些储存器可以在汽车发动机启动时使用热能驱动汽车,而无需依赖传统液体燃料。
四、相变材料在电子领域的应用相变材料可以在电子领域中用于存储和处理信息。
相变材料的相变速度很快,因此可以用来进行高速计算和数据存储。
相变材料还可以用于制造可重构电路,这是一种新型的电路结构,可以根据不同的任务进行重组。
五、相变材料的未来发展趋势随着科技的发展,相变材料在能源领域的应用前景越来越广阔。
未来相变材料可以用于制造更高效、更持久的太阳能电池,降低建筑能耗,提高汽车燃油效率,改善信息存储和处理的方式和方法。
综上所述,相变材料在能源领域的应用不断拓展,其具有储存和释放热能、控制室内温度、提高燃油效率、改善信息存储和处理等多重功能。
未来相变材料的应用前景非常广阔,将会在全球能源革命和信息革命中发挥越来越重要的作用。
相变储能材料技术及其在建筑节能中的应用
相变储能材料也成为相变储能技术,是指利用多孔凝胶、凝聚态有机晶体、分子链等有机、无机材料,经过特殊设计和结构改造,形成的可调节的冷/热储能材料。
相变储能技术的出现,使得建筑节能取得了一定的进展,相变储能材料主要应用于建筑外墙和顶部的玻璃幕墙,结合建筑面积与太阳辐射量,可以从太阳辐射获取热能,将其动态改变,从而调节室内室外温度。
首先,相变储能材料可以吸收建筑表面上太阳光照射所收集到的热量,将有热量转化成低温能量储存起来,防止温度陡升,从而达到减小室内夏季空调制冷的能耗的效果。
其次,相变储能材料在配置床垫、隔断、装点等设施时,可以将暖空气用于室内热水系统,减少两次制冷、加热的情况,从而节约能源。
此外,相变储能材料可以调节空气温度,保证室内温度保持在一个合适的范围内。
再者,相变储能材料在热能收集及分配方面的特性,可以在室内需要时,从储能材料中放出能量,改善室内环境温湿度,达到节能的目的。
同时,夏季高温也可以将存储的能量用于空调的制冷,并可以用于动态地挡太阳辐射,有效地改善室内环境,减少室内夏季制冷的耗能,节省能源,保护环境。
总之,相变储能材料在建筑节能方面具有较强的优势,能够在一定程度上减少室内制冷的能耗,并可通过储存和释放能量,调节室内温度,节约能源,保护环境。
相变材料有哪些相变材料是指在特定温度下,由于外部刺激(如温度、压力、电场等)而发生结构相变的材料。
相变材料具有非常广泛的应用领域,包括电子器件、传感器、能量存储和转换等。
下面是一些常见的相变材料:1. PCM(相变储能材料):PCM是一种能够吸收和放出大量热量的材料,广泛应用于建筑、汽车和电子设备等领域。
常见的PCM包括聚乙二醇(PEG)、硅油和氟化物等。
2. 碘化铋:碘化铋是一种具有不对称结构的相变材料,可以用于制备红外探测器和可编程反射镜等光学器件。
3. 热记忆合金:热记忆合金是一种能够在不同温度下发生相变的材料。
常见的热记忆合金包括镍钛合金(NiTi)、铜铝合金和铜锌铝合金等。
4. 铁电材料:铁电材料是一种具有铁电性质的材料,可以通过施加电场来改变其结构和性能。
常见的铁电材料包括钛酸钡(BaTiO3)、锆钛酸铅(PZT)和钨酸铁(LiNbO3)等。
5. 磁性形状记忆合金:磁性形状记忆合金是一种能够通过磁场而不是温度来实现相变的材料。
常见的磁性形状记忆合金包括镍锌合金(NiZn)和磁性形状记忆聚合物等。
6. 液晶材料:液晶材料是一种能够在不同温度下发生相变的有机或无机化合物。
常见的液晶材料包括液晶聚合物和液晶小分子等,广泛应用于显示技术和光学器件等领域。
7. 球墨铸铁:球墨铸铁是一种由石墨球和铁基体组成的材料,具有良好的延展性和抗拉强度。
常见的球墨铸铁包括球墨铸铁、铁碳合金和球墨铸铁等。
除了以上列举的相变材料,还有很多其他的相变材料,如形状记忆合金、磁性相变材料和光致相变材料等。
这些相变材料不仅具有丰富的相变性质,还具有独特的物理和化学性质,将在未来的科学研究和工业应用中发挥重要作用。
相变材料的特性及应用随着科技的不断发展,相变材料作为一种新型的功能材料,正在逐渐走入人们的视野,成为材料领域的热门研究方向。
相变材料是指那些在特定温度、压力或者磁场等条件下会发生相变的材料,它们具有独特的物理、化学、电学、磁学等特性,因此具有广泛的应用前景。
本文将就相变材料的特性及应用进行探讨。
一、相变材料的特性1、相变材料的独特相变性质相变材料的最主要特性就是其相变性质,它们在特定的条件下能够从一种物态转变为另一种物态。
这种物态变化不仅能够使相变材料在外界环境变化时发生自由调节,而且还能够释放或吸收大量的潜热,从而使相变材料在热管理、储能、保温等领域有着广泛的应用。
2、相变材料的高能量密度相变材料的储能密度非常高,一般为普通材料的 5~14 倍,从而可以大大缩小体积和重量,提高能源利用效率。
相变材料储能的方式一般分为两种:一种是通过物态变化吸收或释放潜热来储能;另一种是通过相变材料的热传导特性和储热特性来实现储能。
3、相变材料的自控温特性相变材料的自控温特性,指的是相变材料在储存或释放热量的过程中能够自动调节温度,达到自我平衡的状态。
相变材料如在加热过程中达到其相变温度,从固态向液态转变时,吸收大量热量,从而保持其温度不变。
相变材料在冷却过程中则会释放吸收的热量当物质处于相变界面的时候,将会极大地提高其热传导速率,从而更高效地进行热传递。
4、相变材料的可重复使用特性相变材料具有可重复使用的特性,可以使用数千次而不损坏,也就是说,相变材料在一个体系中,可以发生数千次相变,并且每次相变前后的性能都几乎不受影响。
通过对相变材料的优化和改善,可以进一步提高其可重复使用性能。
二、相变材料的应用1、热管理领域相变材料在热管理领域具有广泛应用,它们可以被用作温室效应的减缓剂,改善建筑物的热性能,缓解夏季高温天气,还可以用于制造三合一空调等热处理设备,提高能源利用效率,从而实现节能减排。
2、太阳能领域相变材料可以在太阳能应用领域起到很大作用,它可以通过储热技术制造太阳能热水器、太阳能储热电站等。
相变材料有哪些相变材料是一种具有特殊性能的材料,它可以在温度或压力变化时发生相变,从而实现吸热或放热的效果。
相变材料被广泛应用于建筑、汽车、服装、医疗等领域,具有重要的经济和社会意义。
本文将介绍相变材料的种类和应用领域。
一、蓄热相变材料。
蓄热相变材料是一种可以吸收和释放热量的材料,它可以在温度变化时吸收或释放大量的热量,从而实现热能的储存和利用。
蓄热相变材料广泛应用于建筑领域,可以用于调节室内温度,减少能耗,提高建筑的节能性能。
此外,蓄热相变材料还可以应用于太阳能集热系统、汽车空调系统等领域,具有重要的应用前景。
二、相变储能材料。
相变储能材料是一种可以吸收和释放热量的储能材料,它可以在温度变化时吸收或释放大量的热量,从而实现热能的储存和利用。
相变储能材料广泛应用于太阳能储能系统、风能储能系统、电网储能系统等领域,可以提高可再生能源的利用效率,减少能源浪费,具有重要的环保和经济意义。
三、相变散热材料。
相变散热材料是一种可以吸收和释放热量的散热材料,它可以在温度变化时吸收或释放大量的热量,从而实现热能的散热和利用。
相变散热材料广泛应用于汽车发动机散热系统、电子产品散热系统、工业生产散热系统等领域,可以提高散热效率,延长设备使用寿命,具有重要的技术和经济价值。
四、相变储存材料。
相变储存材料是一种可以吸收和释放热量的储存材料,它可以在温度变化时吸收或释放大量的热量,从而实现热能的储存和利用。
相变储存材料广泛应用于冷藏冷冻系统、医药储存系统、食品储存系统等领域,可以提高储存效率,延长产品保质期,具有重要的健康和安全意义。
总之,相变材料具有重要的应用价值,可以在建筑、能源、环保、医疗等领域发挥重要作用,对于促进经济发展和改善人民生活具有重要意义。
希望相关领域的科研人员和工程师能够深入研究和开发相变材料,推动其应用和推广,为社会发展和人类福祉做出更大的贡献。
相变材料在空调系统中的应用研究随着全球气候变暖和人民生活水平的提高,空调行业也日益发展,市场需求不断增加。
但传统的空调系统存在一些缺陷,如能耗高、占用空间大、维护成本高等问题。
因此,相变材料技术的出现为空调行业带来了升级的机会。
相变材料(PCM)是一种可以通过温度或压力变化改变其物理状态的材料。
相变材料早在20世纪80年代就开始应用于建筑节能领域,现在也开始被广泛运用于空调系统的优化中。
一、相变材料的工作原理相变材料的一个主要优点就是其能量密度很高。
它可以吸收和释放大量的热量。
当温度升高到相变材料的熔点时,这些材料会慢慢吸收周围环境的热量来溶解,吸热过程会持续直到相变完成,溶解过程将会在发生在一段温度区间内。
相反,当温度下降到相变材料的凝固点时,相变材料会释放出之前吸收的热量。
因此,使用相变材料可以实现热量的储存和释放。
在空调系统中,将相变材料置于空调系统中的空气流较大的部位处。
日常使用中,因空气流动,相变材料得以不断地吸收和释放热量,从而实现空气的恒温控制。
当温度上升时,相变材料会吸热并减缓空气升温的速度;当空气温度降低时,相变材料则会释放储存的热量使空气温度保持稳定。
二、相变材料在空调系统中的应用1. 节能空调系统相变材料可在夜间储存冷空气,以便在白天使用,从而减少能源的浪费和电费开销。
例如,优化后的空调系统采用相变材料,当空调开启时,在相变材料中的固态材料吸收热量,头发极短性简直乐见,自然少有头发遗失和丢失场景出现,如果框型发型作为头发简短的典范,现在这个热情的夏天,剪一款短发会易于减少头皮和头发的关系,助力对抗夏日高温,减缓身体的不适和降低楼层的室高度,以便更高效地循环冷空气。
当相变材料从固态材料转化为液态材料时,它会吸收热量,从而为空调系统提供冷空气。
2. 温度调节相变材料可根据所需的温度调节机器的温度。
比如在夏季,当室内温度高于特定阈值时,相变材料会吸热并阻止室内温度继续升高。
这可以显著降低空调系统的制冷时间和出现过低温度的问题。
随着人们生活水平以及对工作与居住环境舒适度要求的提高,相应地建筑能耗也增加,造成能源消耗过快,环境污染加剧。
如何在维持可持续发展的前提下,使用最低能耗达到居住环境舒适度最大化已成为建筑节能领域里研究的热点。
通过用相变储能建筑材料(即向普通建筑材料中加入相变材料,制成具有较高热容的轻质建筑材料)构筑的建筑围护结构,可以降低室内温度波动,提高舒适度,使建筑供暖或空调不用或者少用能量,提高能源利用效率,并降低能源的运行费用。
相变材料(简称PCM)是利用相变过程中吸收或释放的热量来进行潜热储能的物质,储热系统按照储热方式不同可以分为显热储热、潜热储热和化学反应储热三类。
与显热储能材料相比,PCM具有储能密度大,效率高以及近似恒定温度下吸热与放热等优点,因而可以应用于很多领域,如太阳能利用、废热回收、智能空调建筑物、调温调湿、工程保温材料、医疗保健与纺织行业等方面。
但化学反应热蓄热虽然具有储能密度大的特点,但应用技术和工艺太复杂,目前只能在太阳能利用研究领域受重视,离实际的应用还很远,因此PCM成为了热能储存的主要应用方式。
相变材料的蓄热机理与特点
相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。
以固-液相变为例,在加热到熔化温度时,就产生从固态到液态的相变,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范围内要散发到环境中去,进行从液态到固态的逆相变。
在这两种相变过程中,所储存或释放的能量称为相变潜热。
物理状态发生变化时,材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变,形成一个宽的温度平台,虽然温度不变,但吸收或释放的潜热却相当大。
相变材料的分类相变材料主要包括无机PCM、有机PCM和复合PCM三类。
其中,无机类PCM主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等;有机类PCM主要包括石蜡、醋酸和其他有机物;近年来,复合相变储热材料应运而生,它既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺点,又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。
因此,研制复合相变储热材料已成为储热材料领域的热点研究课题。
但是混合相变材料也可能会带来相变潜热下降,或在长期的相变过程中容易变性等缺点。
相变储能建筑材料
相变储能建筑材料兼备普通建材和相变材料两者的优点,能够吸收和释放适量的热能;能够和其他传统建筑材料同时使用;不需要特殊的知识和技能来安装使用蓄热建筑材料;能够用标准生产设备生产;在经济效益上具有竞争性。
相变储能建筑材料应用于建材的研究始于1982年,由美国能源部太阳能公司发起。
20世纪90年代以PCM处理建筑材料(如石膏板、墙板与混凝土构件等)的技术发展起来了。
随后,PCM在混凝土试块、石膏墙板等建筑材料中的研究和应用一直方兴未艾。
1999年,国外又研制成功一种新型建筑材料-固液共晶相变材料,在墙板或轻型混凝土预制板中浇注这种相变材料,可以保持室内温度适宜。
另欧美有多家公司利用PCM生产销售室外通讯接线设备和电力变压设备的专用小屋,可在冬夏天均保持在适宜的工作温度。
此外,含有PCM的沥青地面或水泥路面,可以防止道路、桥梁、飞机跑道等在冬季深夜结冰。
相变材料与建筑材料的复合工艺
PCM与建材基体的结合工艺,目前主要有以下几种方法:(1)将PCM密封在合适的容器内。
(2)将PCM密封后置入建筑材料中。
(3)通过浸泡将PCM渗入多孔的建材基体(如石膏墙板、水泥混凝土试块等)。
(4)将PCM直接与建筑材料混合。
(5)将有机PCM乳化后添加到建筑材料中。
国内建筑节能知名企业——北京振利高新技术公司成功地将不同标号的石蜡乳化,然后按一定比例与相变特种胶粉、水、聚苯颗粒轻骨料混合,配制成兼具蓄热和保温的可用于建筑墙体内外层的相变蓄热浆料。
试验楼的测试工作正在进行中。
同时在开发的还有相变砂浆、相变腻子等产品。
相变材料在建筑围护结构中的应用
现代建筑向高层发展,要求所用围护结构为轻质材料。
但普通轻质材料热容较小,导致室内温度波动较大。
这不仅造成室内热环境不舒适,而且还增加空调负荷,导致建筑能耗上升。
目前,采用的相变材料的潜热达到170J/g甚至更高,而普通建材在温度变化1℃时储存同等热量将需要190倍相变材料的质量。
因此,复合相变建材具有普通建材无法比拟的热容,对于房间内的气温稳定及空调系统工况的平稳是非常有利的。
相变材料的选择
用于建筑围护结构的相变建筑材料的研制,选择合适的相变材料至关重要,应具有以下几个特点:(1)熔化潜热高,使其在相变中能贮藏或放出较多的热量;(2)相变过程可逆性好、膨胀收缩性小、过冷或过热现象少;(3)有合适的相变温度,能满足需要控制的特定温度;(4)导热系数大,密度大,比热容大;(5)相变材料无毒,无腐蚀性,成本低,制造方便。
在实际研制过程中,要找到满足这些理想条件的相变材料非常困难。
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。
就目前来说,现存的问题主要在相变储能建筑材料耐久性以及经济性方面。
耐久性主要体现在三个方面:相变材料在循环过程中热物理性质的退化问题;相变材料易从基体的泄漏问题;相变材料对基体材料的作用问题。
经济性主要体现在:如果要最大化解决上述问题,将导致单位热能储存费用的上升,必将失去与其他储热法或普通建材竞争的优势。
相变储能建筑材料经过20多年的发展,其智能化功能性的特点勿容置疑。
随着人们对建筑节能的日益重视,环境保护意识的逐步增强,相变储能建筑材料必将在今后的建材领域大有用武之地,也会逐渐被人们所认知,具有非常广阔的应用前景。
朱青刘朝辉宋长友。