十水硫酸钠相变储热材料的使用寿命及失效原因

相变材料的研究进展王鑫;方建华;刘坪;林旺;冯彦寒;江泽琦;范兴钰【摘要】综述了相变材料的种类,并主要从相变机理、自身缺陷、改进方案等方面对无机、有机两大类相变材料进行了总结.概括了4种制备复合相变材料的工艺路线,简单介绍了相变材料在建筑节能、工业余热回收、调温纤维等领域的应用,最后对相变材料今后的研究方向进行了展望.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2019(050)002【总页数】6页(P70-75)【关键词】相变材料;成核剂;增稠剂;微胶囊;储能纤维【作者】王鑫;方建华;刘坪;林旺;冯彦寒;江泽琦;范兴钰【作者单位】陆军勤务学院油料系,重庆 401311;陆军勤务学院油料系,重庆401311;陆军勤务学院油料系,重庆 401311;陆军勤务学院油料系,重庆 401311;陆军勤务学院油料系,重庆 401311;陆军勤务学院油料系,重庆 401311;陆军勤务学院油料系,重庆 401311【正文语种】中文【中图分类】TB340 引言随着新时代全球工业的转型升级，以及化石燃料的日趋枯竭，提高能源利用率与开发可再生能源开始成为全世界的焦点。

再加上人类活动对汽车，空调等高能耗产品的需求不断增加，导致能源供给与需求失衡[1]。

当前对化石燃料的依赖并未减轻，新型绿色能源的开发与利用的力度也还不够大。

所以发展储能技术是提升不可再生能源利用率，解决能源供求矛盾的重要途径。

相变材料(phase change material，PCM)因其具有通过自身相态变化进行吸收和释放大量能量的特性而成为国内外能源材料研究的新热点[2]。

相变材料具有体积小，造价低廉，储能密度大，节能效果明显，相变温度范围宽等优点，被广泛应用于环境温度控制，废热和余热回收，太阳能储存，电力峰谷调节等方面，在工业与民用领域扮演着重要的角色。

最早进行PCM研究的是M.Telkes，在20世纪40年代开始进行利用PCM进行太阳能储存并对建筑物供暖的研究。

相变储能材料及其在绿色建材领域的应用摘要：城镇化进程的全面推进使得城市土地资源的利用率不断提升，同时建筑的能耗也逐步增加。

当前阶段相变材料研究不仅是影响城市整体能源消耗状况的重要课题，同时与建筑材料的技术选择、复合应用也有着密切的关系。

相变储能类型的材料作为一种新型建材，具备节能性强、热性能好、体积小、密度高、储放能效率高、经济适用性强等方面的特点，能够满足建筑不同空间与时间上能量控制的需求。

在此基础上本文从变相储能建筑材质的应用特点出发，对其在绿色、节能建筑领域的应用进行具体探析。

关键词：节能地板；玻璃门窗；调温性能相变材料实质上是指通过物相的变化，在特定环境中吸收、释放能量从而实现储能、温度调节目的的材料类型。

现阶段，相变材料根据化学物质构成可以分为有机材料、无机材料以及混合材料三种，变相原理包括潜热储能与显热储能、化学反应。

使用变相材料的建筑在能耗控制方面有着显著的优势，是现阶段绿色建材技术研究的重点项目。

一、相变储能材料的主要应用特性相变材料相较于传统建筑材料在使用性能与经济性方面有着显著优势，是现阶段绿色建筑工程中常见的建材选择，主要的应用特性表现为：1、热性能相变材料在热性能方面可以在适合的熔点、温度环境中发生储能变化，具备良好的相变潜热性能，无论是处于固体还是液体形态导热率都高于普通材质。

因此在进行建材选择时，为保证相变材料的热性能能够有效的发挥出来，可以将其用于室内温度调控，一般选择相变点处于20-30℃的相变材料。

如果在建设太阳能储热设备工程中，选择相变点在60℃以上的材料进行蓄热，可以有效降低建筑能源的消耗，满足人们的基本建筑使用需求。

与此同时相变潜热性能与储热设备的体积、密度有着直接的关系，热性能越高材料体积越小。

而导热性能与材料储能、放能的效率呈正相关，导热性能越强，材质的能量控制效率越高。

2、物理性能相变储能材质的物理性能表现为高密度、蒸汽压低、体积变化率小。

材料密度高使得材料的体积相对较小，而在相变的过程中体积变化率低对封装容器的材质要求不高，经济成本降低。

十水硫酸钠的相变温度研究十水硫酸钠，也被称为硫酸钠十水合物（Na2SO4·10H2O），是一种常见的盐类化合物。

相变温度是指在特定条件下，物质从一种相态转变为另一种相态所需要的温度。

在本文中，我们将深入探讨十水硫酸钠的相变温度研究，并分享一些有关这个主题的观点和理解。

1. 介绍相变温度是物质性质的重要指标之一，对于十水硫酸钠的研究也是如此。

十水硫酸钠是一种卤素化合物，具有较高的溶解度和稳定性。

它在自然界中广泛存在，常用于工业和实验室中。

了解其相变温度对于合理应用和深入理解该物质的性质至关重要。

2. 相变温度的测定方法相变温度的测定可以使用多种方法，如差示扫描量热法（DSC）、热重分析法（TGA）和X射线衍射法（XRD）等。

这些方法能够准确地测定物质的相变温度，为相关研究提供重要的实验数据。

3. 十水硫酸钠的相变温度据研究表明，十水硫酸钠在标准大气压下存在多个相变温度。

其中，最明显的相变温度是从固态转变为溶解态的温度，也被称为结晶温度。

该温度通常在32°C左右，对应着物质的熔点和沸点。

4. 相变温度的影响因素不同因素会对十水硫酸钠的相变温度产生影响。

溶液浓度、溶剂性质、环境温度和压力等因素都可能改变相变温度。

对这些因素进行详细的研究和探索，有助于深入理解相变过程中的物质特性以及调控相变温度的方法。

5. 应用前景研究十水硫酸钠的相变温度有助于开发新的应用领域。

相变热储能技术利用物质在相变过程中释放或吸收的潜热来实现能量的储存和释放，而十水硫酸钠正是一个潜在的热储能材料。

通过深入研究其相变温度和相变特性，可以探索其在太阳能、储能设备和散热装置等领域的应用前景。

在这篇文章中，我们对十水硫酸钠的相变温度进行了深入研究，并介绍了相变温度的测定方法、影响因素和应用前景。

通过从简到繁、由浅入深地探讨这个主题，希望读者能够对十水硫酸钠的相变温度有更全面、深刻和灵活的理解。

总结回顾：1. 十水硫酸钠（Na2SO4·10H2O）是一种常见的盐类化合物。

相变储能材料的研究及应用新进展周建伟1,刘　星2(1.平原大学能源与燃料研究所,河南新乡　453000; 2.河南工业大学化学化工学院,河南郑州　450001)摘　要:综述了近年来相变储能材料的研究和应用新进展。

介绍了相变材料的种类及各类相变材料特点,并对各类相变材料的性能、储能机理和优缺点进行了讨论;探讨了相变材料在太阳能利用、建筑节能等领域的应用;展望了未来相变材料的发展方向和应用前景。

关键词:相变材料;储能;太阳能;应用中图分类号:T Q050.43 文献标识码:A 文章编号:1003-3467(2007)10-0007-04New Progress on Research and Appli ca ti onof Pha se Change Energy Storage M a ter i a lsZHO U J i a n-we i1,L I U X i n g2(1.I nstitute of Fuel&Energy,Pingyuan University,Xinxiang　453000,China;2.I nstitute of Che m2 istry and Che m ical Engineering,Henan University of Technol ogy,Zhengzhou　450001,China) Abstract:Ne w p r ogress on research and app licati on of phase change energy st orage materials in recent years are su mmarized.The s pecies and characteristics of phase change materials are intr oduced,and the perf or mance,energy st orage mechanis m,merits and faults of all kinds of phase change materials are dis2 cussed.The app licati on of the phase change materials in the fields of s olar energy utilizati on and building energy saving is stated,and the devel opment trend and the app licati on p r os pect of the phase change ma2 terials are p r os pected.Key words:phase change material;energy st orage;s olar energy;app licati on 物质的相变过程一般是一个等温过程,相变过程中伴随有大量的能量吸收或释放,这部分能量称为相变潜热。

无机水合盐相变材料Na2SO4·10H2O的研究进展无机水合盐相变材料Na2SO4?10H2O的研究进展/黄金等?63?无机水合盐相变材料Na2SO4?10H20的研究进展黄金.柯秀芳(广东工业大学材料与能源学院,广州510090)摘要介绍3"Na2SO?10H20~作相变材料的储能特性,综述了针5~]-Na2SO4?10H203~-冷和相分离现象的解决方法以及Na2s04?10H20某些共晶盐的研究,同时简要概括了各因素对Na2SO4?10H20结晶速度的影响,展望了Na2SO4?10H20未来的发展方向.Na2SO?10H20作为相变材料的研究主要集中在成核剂和增稠剂的选择,Na2SO?10H20的无机共晶盐表现出较好的储热性能,可以尝试研究在微,纳米级多孔限域作用下的无机水合盐及其共晶盐的储热性能.关键词相变材料十水硫酸钠共晶盐过冷相分离ResearchandDevelopmentofNazSO4?10H20asPhaseChangeMaterials HUANGJin,KEXiufang(CollegeofMaterialandEnergy,GuangdongUniversityofTechnology,Guangzhou510090 )AbstractThecharacteristicsofNa2SO4'10H20asthephasechangematerialareintroduced. Thewaystosolvethe supercoolingandphaseseparationandsomeeutecticsaltsarereviewed.Theeffectsofdiferen tfactorsonthevelocityofcrystallizationarealsosummarized.Thedevelopmentdirectionoftheinorganicphasechang ematerialNa2SO410H20inthefutureispointed.Inconclusion,thestudyonNa2SO4'10H20asphasechangematerialsisfocu sedontheselectionofnucleat-ingagentsandthickeningagentsandtheinorganiceutecticsaltsofNa2SO4'10H20arewonde rfulmaterialsforheatstorage.ThestudyonheatstoragepropertyofNa2SO4'10H20anditsinorganicsalthydratesandeutecticsa ltsundermicron-nanoscaleporouslimitingfieldscanbeattempted.Keywordsphasechangematerials,sodiumsulfatedecahydrate,eutecticsalt,supercooling,p haseseparation0前言利用相变材料(Phasechangematerials)的相变潜热进行能量(热能和冷能)的贮存和应用是近年来引起应用化学家和能源环境学家广泛重视的研究课题].相变材料主要包括无机类(结晶水合盐,熔融盐等),有机类(石蜡类,酯酸类等)以及复合类等.Na2SO?10H20是一种典型的无机水合盐相变储能材料,俗称芒硝,白色或无色透明晶体,单斜晶系,呈芒状或颗粒状小晶体的集合体,或呈硬壳状和微密盐块状,密度1.4~1.5g/cm3,硬度莫氏标度1.5～2.0级,具有玻璃光泽,熔点32.4℃,易风化,味苦咸,溶于水,不溶于乙醇].Na2SO.?10H20属于低温储热材料,有较高的潜热(254kJ/kg)和良好的导热性能,化学稳定性好,无毒,价格低廉,是许多化工产品的副产品,来源广,因合适的相变温度,能用于贮存太阳能,各种工业和生活废热,与其它无机盐(如NaC1)形成的低共熔盐的相变温度可控制在20~30℃范围内.这一温度范围是人们生活和仪器,仪表正常工作的最佳温度区间].因此Na2SO.?10H20以其优越的性能,成为很具吸引力的潜热储热材料.1NazSO4.10H20的过冷和相分离现象作为相变材料,大多数水合盐都有过冷和相分离现象.经过加热一冷却循环后无机水合盐的过冷及相分离现象,一直以来都是水合盐类潜热式储热技术需要解决的最主要的难题.所谓过冷,即液相的水溶液温度降低到其凝固点以下仍不发生凝固,这样就使释热温度发生变动.在其储热后由结晶态变为液态时,因过冷不结晶就不能释放出所储存的潜热,而且由于过冷,液体随温度降低粘度不断增加,阻碍了分子进行定向排列运动,从而使其在过冷程度很大时形成非晶态物质,相应减小相变潜热.所谓相分离,即指结晶水合盐在使用过程中的析出现象.其成因和现象可简述如下:当(AB?mH20)型无机盐水合物受热时,通常会转变成含有较少摩尔水的另一类型AB?pH20的无机水合盐,而AB?pH20会部分或全部溶解于剩余的(m叩)摩尔水中.加热过程中,一些盐水混合物逐渐地变成无水盐,并可全部或部分溶解于水(结晶水).若盐的溶解度很高,则可以全部溶解,但如果盐的溶解度不高,即使加热到熔点以上,有些盐仍处在非溶解状态,此时残留的固态盐因密度大沉到容器底部而出现固液相分离.同样,Na2SO.?101-120也存在过冷和相分离现象.Na2SO.?10H20的熔点为32.4℃,但其过冷度达十几摄氏度,从热力学的角度来说,过冷是液相变为固相的推动力,而过冷现象对于相变储热非常不利盯.s.Na2SO.?10H20的相变储热循环过程可表示为:?广东省科技攻关项目(2006B13201001);校博士启动基金项目(053032)黄金:男,1975年生,博士,研究方向为相交储能材料及储能技术Te1:020-********E-mail:huangjiner@126.eom?64?材料导报2008年3月第22卷第3期Na2SO4?10H20Ti324~'Na2SO4(S)+饱和溶液将NaSO"?10HO升温到其转熔温度(32.4℃)时,发生不一致熔化,即63%的无水硫酸钠溶解在结晶水中,成为浓度为33.2%的饱和溶液,另外37%的无水硫酸钠不能溶解.由于该溶液与无水硫酸钠的密度(分别为1350kg/m和2680kg/m)相差较大,在重力作用下,无水硫酸钠会沉降到容器底部,出现同液分层现象j.因此要使Na:SO?10HO在储热中得到应用,必须采取措施解决其过冷和相分离现象.到目前为止,解决NaS04?10HO过冷的主要方法是添加成核剂法和冷指法.成核剂可作为结晶生成中心的微粒,使在凝固点时顺利结晶,减少或避免过冷的发生.成核剂的寻找很困难,一般来说是选择与该种水合盐具有相同晶型,相似原子排列,两者的晶格参数相差在15%以内的物质作成核剂,或通过试验来选择.可作NaSO?10HO成核剂的物质有Na2BO7?10H2O(硼砂),Li2B4o7?10H2O和(NH4)2B40?10HO等(见下面详细分析).冷指法即相变过程中保留部分固态Na2SO4?10H20,以这部分未融化的Na2SO?IOH20作为成核剂].为了防止在熔化时固液相的分层(包括成核剂由于密度的差异沉在容器底部而不能有效地起成核作用),需要加入一定量的增稠剂或悬浮剂(有时一起加).增稠剂的作用是提高溶液的粘度从而阻止水合盐聚集,但并不妨碍相变过程;悬浮剂是将析出的无水NaSO和成核剂均匀地分散在体系中,使它们与溶液充分接触.常用的增稠剂是活性白土,PCA (聚羧酸),YDS一1(一种水溶性的线性高分子,并可交联形成水凝胶),CMC(羧甲基纤维素)等.常用的悬浮剂有木屑和白碳黑等.有时,为了控制无水Na:SO和Na:SO?10H:O的晶体粒度,使晶体细小,均匀,可增加一定量的AACP(丙烯酰胺/丙烯酸共聚物)或SHMP(六角偏磷酸钠[(NaPO)])作为晶体结构改变剂.2NazSO4?10H2O的国外研究情况国外对结晶水合盐的研究在20世纪70年代就已经开始,80年代研究已经达到高峰.Telkes:在核化的经典研究中测试了NaSO.?10HO的几种同构成核剂晶格参数(见表1).研究结果指出,与Na:SO?10HO晶格参数非常接近的同构盐因太易溶,故不能作为成核剂.PbWO"无效,它的晶格参数与附着盐的偏差大于15%,硼砂(Na2B4O?10H0)与Na2s0?10H20的适应性良好,溶解也有限,事实证明是一种很好的成核剂.表1Na~SO?10H20的几种同构成核剂晶格参数Table1CrystallatticedataforisomorphicnucleatingagentsofNa2SO4?1OH2OBiswasE研究表明:在Na2SO4?10H20中加入3%(质量分数)的硼砂后,经几次熔化一冻结循环后的储热量就降为原先的25%,但若在加入硼砂的Na:S04?10HO中再加入适量的增稠剂活性白土(Attapulgiteclay),则在经历了许多次加热冷却循环后,储热容量仍能保持原先值的50%.1980～1983年Marks[I一发表的论文指出,通过控制Na:SO和NaSO?10HO在稠化十水硫酸钠相变混合物中的晶体粒度,能使贮热容量显着提高.其具体方法是:①加入1%像丙烯酰胺/丙烯酸共聚物(AACP)和六角偏磷酸钠(SHMP,(NaPO)]之类的晶体结构改变剂;②使用聚羧酸(PCA)增稠剂.在多达1600次冻熔循环中已获得理想蓄热量理论值的67%～82,且蓄热容量高于197kJ/,有效地克服了导致蓄热介质失效的因素,抑制了混合物的沉淀分离,防止了大晶粒的生成,增大了稠化剂的强度,保证了可逆反应,同时正确地解释了蓄热循环中热能存储损耗的原因, 大大增加了这种相变材料中极小Na:SO晶粒的晶核表面积,从而增强了溶解性.增稠剂的作用是将相变体系分散成一系列完全小的体积,这种分散体系的临界值为150～2001xm.这样,在完成结晶时,就为Na:s04和剩余溶液的重结晶提供了空间和途径,使十水化合物足以在结晶循环期间充分结晶.HerrickI"的研究表明,如果将Na:SO4?10H20置入以缓慢速度旋转的圆筒内,则在没有负荷的情况下,当经历了200次周期性溶解一冻结循环后,其相变潜热和性能几乎未减小和降低;在有负荷(313W/m的热流密度从圆筒外壁取走热量)的情况下,相变潜热可达理论值的67%,过冷度小于1.5℃.Hemck-认为,转动着的圆筒具有球磨机的作用,虽然转速很慢(3r/min),在不经历熔解一冻结循环时,明显地减小了颗粒的尺寸;而熔解一冻结循环过程中,十水硫酸钠的颗粒尺寸增大,正是这两个对颗粒尺寸起相反作用的效果才使得十水硫酸钠在经历长期加热一冷却循环后仍保持良好的性能.HerrickE]继续指出,当存放相变储热材料的圆筒以5r/min的速度旋转和采用不同质量百分比混合时,都能得到较好的结果.Herrick所用的混合物质量百分比见表2.具体做法是,按预定的质量百分比将硫酸钠与农用硼砂混合后,将混合物研磨成粉末状,再按比例加水.Shurcli"人为,转动着的圆筒除具有球磨机的作用外,还将使十水硫酸钠在冻结过程中的重力效应减到最小,而粉状化了的干硼砂也可将相变材料的过冷效应降到最低.表2混合物质量百分比[13]Table2Percentofweightforcompounds在应用方面,法国ELF—Union公司采用Na2s()4?10H20作相变材料制成储热装置,每1.7t相变材料可供100m:房间的取暖之用.日本人在玻璃窗内侧设置了集热,蓄热,放热屏障墙,其具体做法是:将许多芒硝装进玻璃管内,然后水平放无机水合盐相变材料Na2SO4?10H2O的研究进展/黄金等?65? 在木框中,并使之固定在玻璃窗的内侧,白天有日照时芒硝熔化,而傍晚因绝热板放在屏障墙与玻璃之问,故屏障墙向室内放热.另外,Marliacy进行了十水硫酸钠结晶过程的热动力学分析.国外对Na2s0?10HO的研究还有一些综述性文献报道].3NazSO4?10H2O在国内的研究国内从20世纪80年代开始相继展开了Na2S04?10HO作为相变储热材料的研究.阎立诚的研究表明,没有加成核剂的Na2SO4?10H2O,其过冷度约为10~C;在Na2SO4?10H2O 中加入3%左右的硼砂(Na2B40,?10H0)作成核剂,能起到较好的成核作用,使过冷度降低到2℃左右,配以一种叫YDS一1型的材料作增稠剂(该材料是水溶性的线性高分子,并可交联形成水凝胶)进行冻熔循环实验,500次循环后相变潜热衰减率为6.5%,1000次循环后相变潜热衰减率已达25.3%.丁益民[7JX~水合盐用作相变储热材料的成核原理进行了研究.研究结果表明:当成核剂与水合盐的晶格参数相差在15%以内时,能很好地起到成核作用.以Na2SO?10HO为研究对象,在其中加入不同含量(1～6%)的硼砂(Na2B40,?10H0)和4%的PbWO作成核剂进行了过冷度的对比试验,研究结果表明:4%的Pbw04作成核剂时效果不佳,过冷度高达13℃.硼砂作成核剂的效果要好得多,但硼砂含量过高和过低都不利于过冷度的控制,含量为3%时,成核效果最好,40次循环后,Na2SO?10HO的过冷度都在2.4℃以下.马江生对Na2SO?10HO作为相变材料进行了相变脱水差热分析,测得的热谱图上显示出4个吸热峰,研究结果认为:第一吸热峰失重相当1.9个结晶水,第二吸热峰失重相当3.1个结晶水,第三吸热峰失重相当5.1个结晶水,第四吸热峰失重相当10个结晶水.加入不同的添加剂,对Na2S04?10HO在40~42℃的恒温下进行13h的连续测试, 以观察相变材料的储热能力.研究结果显示,适量添加剂的NaS04?10HO相变储热材料在上述温度范围内可工作10h 以上,而本身温度变化不大,基本上维持在32~35~C之间, 表现出较高的储热能力.该文献还报道了NaSO?10HO的一些热物理性质:固相真比热.为2.72kJ/(kg?℃),固相导热系数A.为0.50W/(m?℃),液相导热系数Af为0.73W/ (m?℃),固相导温系数.为1.28x10m2/s,液相导温系数为1.77x104m~s.焦小浣啪]采用DSC法测试了Na2SO?10HO的熔化热与保温时间的关系,研究结果表明:①熔化热值开始随保温时间延长而增大较快,随后增长幅度变小并趋平坦,此时结晶过程趋于完全,所测的熔化热可作为标准熔化热;②不同组分的样品(非多元共熔体),其标准熔化热也不同,其值与NaSO?10HO的百分含量成正比.皮启铎l21讨论了差动热分析(DSC)在低温下测定十水硫酸钠熔化热的特点及局限性,对多次熔冻循环相变材料的最佳测定方法进行了研究,并对测定误差作了分析.研究结果表明:同一体系的水合盐,在不同深度处单位体积或单位质量的熔化热不同,不同体系的蓄热材料在其他条件相同时容器装料高度不同,则单位体积或单位质量熔化热不同,蓄热材料的热容含量及衰减状况不仅与熔冻次数有关,而且与熔化和冷冻深度及持续时间有关.冯海燕通过差热/热重联机(DTA/TGA)和差示扫描量热法(DSC)测定Na2SO?10HO的失水过程,对水合盐脱水过程几种可能的类型进行了探讨.研究表明,低温(100℃以下)水合盐脱水有两种类型:一种直接失去气态水,另一种先脱去液态水再进一步变为气态水,并从热力学上理论分析了两类脱水过程的原因.4NazSO?10H2o的一些低共熔混合物的性能研究所谓低共熔混合物即共晶盐相变材料EPCM(Eutectic Phasechangematerials),是指2种或2种以上物质组成的具有最低熔点的混合物.低共熔混合物具有与纯净物一样的明显的熔点,在可逆的固一液相变中始终保持相同的组分.相变储能材料应用中,低共熔混合物是比较理想的相变材料.胡起柱㈨采用步冷曲线法对三元体系Na2SO一NaNO,一H0中的Na2SO?10HO—NaNO多温截面进行了研究,作出了该截面的相图.该截面在74.1℃,24_3℃和13.0*C分别有一个四相转熔反应.阎立诚考虑在Na2SO?10HO中加入能与其形成共熔混合物杂质NaC1,制备了一系列NaC1含量不同的储热材料样品,并测定了它们的相转变点和储热能力.结果表明:随NaC1质量百分比的不断增大,材料的相转变点不断降低,储热能力也相应降低,但是在NaCI含量为13%左右时,出现例外,其储热量骤然增大.作者对此现象的解释是,在该比例时,NaC1与Na2SO?10H2O形成了一个稳定的共熔体.孙鑫泉在Na2SO?10HO中加入一定比例的NaC1,硼砂(成核剂),CMC(增稠剂),木屑或白碳黑(悬浮剂),HMP盐(晶习改变剂)和水等,形成低共熔混合体系,采用正交设计试验法,通过测定多次循环后的熔点,熔解热等指标,寻找最佳配比.研究结果表明,该体系的最佳组成为4%硼砂+7%木屑(或白碳黑)+2%CMC+0.2%m以及一定量的NaC1.主要研究结果见表3.裹3Na2SO.?IOH~O-NaC!共晶体系测试结果Table3TestresultsforNa2SOd?10H20-NaC1eu~cficsystem/'砌C条件共晶体系熔点.熔解热/(J/g)焦小浣.加'在Na2SO4?IOH~O中加入不同比例的NaC1和硼砂(成核剂),进行了熔化热随时间变化的研究,结果表明二?66?材料导报2008年3月第22卷第3期元共熔体的初始熔化热(保温时间等于或接近于零的熔化热)只达各自的50%左右,NaC1的添加使初始熔化热降低较大.谢全安l24采用微量量热法,利用Calver低温微量量热计对Na:SO?10H:O与NH4C1共晶相变蓄冷材料进行了热化学研究的工作.在不同实验条件下,测定出共晶盐相变材料的相变热为l18.19J/g,固体平均比热容为5.56J/(g?℃),液体平均比热容为14.38J/(g?℃).测试结果还表明,随着悬浮剂的加入,材料的相变热增大;所测得的升温DSC曲线的相变热略高于降温过程的相变热,笔者还测得了材料在4.5℃, 5.5℃,6.5℃和7.5℃下的等温DSC数据.以Avrami方程作数据处理的结果表明,该方程可以较好地描述该体系的结晶过程.温度的降低,成核剂的适量加入,都将导致Avrami方程速率常数逐渐增大.数据处理解得过程的活化能为953.6kJ/mol.数值为2.32～2.43的Avrami方程时间指数表明该体系的结晶过程应为三维依热成核机理,显微照相的图像结果亦证实了这一结论.该研究表明了以微量量热法进行新型相变蓄冷材料的研究与开发的有效性.徐玲玲研究了Na2SO?10H20体系,Na2HPO4?12H20体系及其复合体系的相变特性,测定了升温曲线和降温曲线,并初步探讨了解决体系中分层和过冷现象的措施.研究结果表明,Na:SO?10H:O体系的相变温度为33℃左右,由于它是一个不一致溶化化合物,易产生分层现象,采用的增稠剂CMC可以显着改善分层现象.该体系有轻微的过冷现象存在.Na2HPO?12H20体系的相变温度约为35~C,冷却过程中没有分层现象,但过冷现象严重.3%硼酸+3%硼砂对改善该体系的过冷度有一定作用,但效果不佳.结合两个体系的实验结果,尝试了将Na2SO?10H:O体系与Na2HPO?12H:O体系进行复合以期得到新的相变特征,80%Na:SO? 10H:O+20%Na:HPO?12H:O复合体系的相变温度为28～29.C,重复实验结果表明该体系重复性好,相变温度稳定, 分层和过冷现象基本消除.国内外相关文献对Na2SO?10H:O的热物性进行了实验测试,现综述于表4.表4NarSO?10H~O热物性Table4ThermophysicalperformancesforNa2SO4?10H2O熔点/~C熔解热/(kJ/kg)饱和溶液密度/(kg/m)固体密度/(kg/m)硬度固相真比热/(kJ/(kg?℃))固相导热系数/(W/(m?℃))液相导热系数/(W/(m?℃))固相导温系数/(x10'rn2/s)液相导温系数/(xl0~m2/s)32.4c,32.38c,31∞],33c254E26,28],251.1_29],251[27,1931300:.135ff]1485E.1458:]1.5～2.O[5]2.72E6]O.50E.O.544]0.73c611.28c611.77c61有关Na2SO4?101420的DSC,DTA,TGA,DTGA经典测试图以及Na:SO?10H:O及其共晶盐的相图和多温截面图摘录如下:图l为文献[22]测试出的Na2SO?10H:O的DTA/TGA/DTGA曲线,图2为文献[22]测试出的Na2SO? 10H:O的DSC曲线.图3为文献[23]采用步冷曲线法测出的Na2SO?10H20一NaNO多温截面图,图4为文献[10]和文献[25]报道的Na:s04一HO体系的二元相图.图1Na,SO,?10H20的DTA/TGA/DTGA曲线Fig.1DTA/TGA/DTGAcurvesforNarSO4?10H~Og葛fCfC图2NarSO?101120的DSC曲线Fig.2DSCcurvesforNa2SO4?1OH2O706050403020l0l030507090BNaNOd%图3Na,SO4?10It2O—NaNO3多温截面图Fig.3P0lythermalsectionforNa2SO4?1OH20-NaNO3504036鬯.20l00l020********x(Na2SO)/%图4Na2SO4-H20体系的二元相图Fig.4PhasediagramforNa,SO4-H20system一体/№-lr.-..........r...-.....-.._..........-_-r.__..L....,L_.......L无机水合盐相变材料Na2SO?10HEO的研究进展/黄金等5结语(1)将Na2SO?10H20作为相变材料的研究主要集中在成核剂和增稠剂的选择,且重复性很多,结果也有所不一,这可能是由于实验条件以及所用试剂的规格不同等各种因素造成的.研究较多的成核剂主要是硼砂,增稠剂相对集中在CMC(羧甲基纤维素).(2)对Na2SO?10H2O无机共晶盐的研究主要有Na2SO?l0H20-Na2HPO4?12H2O,Na2SO4?lOH20-NI-hC1,Na2SO4?10H20-NaC1以及Na2SO4?10H20一NaNO3等体系,而且都取得了较好的研究效果,主要表现在过冷现象基本控制,熔化潜热较大,这可能是由于共晶盐作为相变材料的优点所在.对Na2SO?10O有机共晶盐的研究相对较少.(3)整体研究水平大都还停留在试验阶段,商业化应用不多,其原因还是过冷和相分离现象.因此今后要对水合盐的过冷和相分离从成核机理进行更为透彻的研究.现在纳米技术在相变材料的制备上已有应用_3l】,笔者认为可以尝试进行在微纳米多孔限域作用下的水合盐成核结晶研究.参考文献l朱冬生,剧霏,刘超,等.相变材料CH,COONa?3H20的研究进展[J].中国材料科技与设备,2007,(1):302张寅平,胡汉平,孔祥冬,等.相变储能理论和应用[M].合肥:中国科技大学出版社,19963陈云深,陈凯,沈斌君,等.交联定形相变储能材料的研制[J].复合材料,2006,23(3):674黄金,张仁元,伍彬.复合相变储能材料制备工艺对其浸渗率和相对密度的影响[J].材料科学与工程,2006,24(5):6535蔡作乾,王琏,杨根.陶瓷材料辞典[M].北京:化学工业出版社,20026马江生.相变储热材料_Na2sO?10H20的研制[J].海湖盐与化工,1994,23(1):377丁益民,阎立诚,薛俊慧.水合盐储热材料的成核作用[J].化学物理,1996,9(1):838SuatCanbazoglu.eta1.Enhancementofsolarthermal energystorageperformanceusingsodiumthiosulfate pentahydrateofaconventionalsolarwater-heatingsystemlJ].EnergyandBuildings,2005,37:2359孙鑫泉,龚钰秋,徐宝庆.十水硫酸钠体系潜热蓄热材料的研究[J].杭州大学,1990,1l(2):19510DipakRBiswas.Thermalenergystorageusingsodiunl sulfatedecahydrateandwaterlJ].SolarEnergy,1987,19(1):9911StephenBMarks.Aninvestigationofthethermalenergy storagecapacityofGlauberssaltwithrespecttothermalcyclinglJJ.SolarEnergy,1980,25(5):25512StephenBMarks.Theeffectofcrystalsizeonthethermal energystoragecapacityofthickenedGlauber'ssaltlJ]. 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十水硫酸钠相变潜热十水硫酸钠相变潜热引言相变潜热是研究物质相变过程中吸收或释放的能量的一项重要参数。

今天我们将聚焦在一个特定的物质上，即十水硫酸钠的相变潜热。

十水硫酸钠是一种常见的无机化合物，在许多领域都有广泛的应用。

了解它的相变潜热不仅可以帮助我们更好地理解其性质，还可以为相关技术和工艺提供指导。

在这篇文章中，我们将通过深入剖析十水硫酸钠的相变潜热，探索其背后的机理和应用领域。

一、十水硫酸钠简介十水硫酸钠，化学式为Na2SO4·10H2O，是一种无色且结晶完整的固体。

它在自然界中很少见，多数情况下是通过工业制备得到的。

这种化合物的晶体结构是以离子化合物为主，其中有两个钠离子和一个硫酸根离子与水分子形成配位化合物。

这种结构有助于十水硫酸钠在不同温度下发生相变，并伴随着相变潜热的吸收或释放。

二、相变潜热与物质变化相变潜热是指物质在相变过程中吸收或释放的能量。

对于十水硫酸钠而言，它的相变潜热是在其晶体发生溶解或结晶时吸收或释放的能量。

这是由于在晶体溶解或结晶的过程中，固体和溶液之间发生了化学键的形成或断裂，导致能量的吸收或释放。

对于十水硫酸钠而言，其相变潜热是经过实验测定获得的，通常以焓变的形式表示。

三、十水硫酸钠相变潜热的测定方法测定十水硫酸钠的相变潜热通常采用热量计的方法。

这种方法利用恒温器、热电偶和功率计等设备，精确测量溶液的热量变化。

将约定质量的十水硫酸钠固体溶于一定的溶剂中，然后通过加热或冷却等操作使其发生溶解或结晶的过程。

在这个过程中，通过测量溶液温度的变化和功率计读数的变化，可以计算出十水硫酸钠的相变潜热。

四、十水硫酸钠相变潜热的应用领域十水硫酸钠的相变潜热在许多领域都有广泛的应用。

其中一个重要的应用领域是化学工程。

在化学反应中，有时需要吸收或释放热能来促进反应的进行。

十水硫酸钠的相变潜热可以用作热能存储介质，通过合理设计反应系统和相变装置，实现对热能的调控和利用。

十水硫酸钠的相变潜热还可以用于制冷和空调系统中，实现高效能耗的运行。

无机物及反应在储热研究中的应用ZHANG Xiong;WANG Li【摘要】储热可以使工业废热及余热的二次利用、节能减排及减少环境污染成为可能,因此储热材料的研究对能源的可持续发展有着重要的意义.利用无机物及反应的储热具有密度高,热损失小的特点在储热研究中起着重要的作用.以储热材料研究报道为基础,对无机物及其反应在储热研究中的应用进行归纳和总结.综述了无机物及反应的储热原理,并对储热应用中存在的问题进行了分析和概括.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2019(047)002【总页数】3页(P28-30)【关键词】无机物及反应;储热研究【作者】ZHANG Xiong;WANG Li【作者单位】;【正文语种】中文【中图分类】TB34全人类的生存离不开热能，传统热能主要是依赖煤、天然气及石油的燃烧供给。

特别是冬季的供暖要消耗60%以上[1]的煤炭，长此以往，这些经典的能源总有枯竭的一天。

同时大量煤炭的燃烧，带来了我国气候大范围、区域性的重度雾霾。

因此解决能源的紧缺问题，对保障我国社会经济可持续发展是有重要意义的。

能源的节约与开发绿色能源通道，已经成为我国能源的战略需求。

储热材料的开发是符合绿色能源理念，自上世纪以来，对于储热材料的研究一直是科学工作者的热门领域之一。

为解决能量供求双方在时间、强度上的平衡，合理有效地利用好能源，储热成为了能源研究重要领域之一。

储热的研究使得工业废热及余热的回收及二次利用、节能减排、替代不可再生能源及减少环境污染成为可能。

储热材料的研究对能源的可持续发展有着重要的意义，近年来成为了国内外能源领域学者的研究重点之一。

资料显示，在研究的储热材料中无机物及反应的储热技术占有重要地位，本文主要对无机物及反应在储热技术中的应用研究进展进行简要的概况。

首先介绍储热中常用到的无机物在储热中的应用进展，再重点介绍无机反应在储热中的应用进展，最后对无机物及反应在储热领域中的未来研究进行展望。

共晶盐蓄冷浅谈随着阶梯电价的推行，蓄冷技术越来越多的应用在实际工程当中，以实现节能和经济的双赢。

通常蓄冷有水蓄冷、冰蓄冷和共晶盐蓄冷三种模式，其各有优缺点，水蓄冷对制冷机无特别要求，制冷机COP值较高，但蓄冷密度低，蓄水池占地面积大，容积大、冷损大;冰蓄冷正好相反：蓄冷密度高，蓄冷槽容积小、冷损小但对冷机要求较高，需要特别的低温冷机，制冷机COP值较低;共晶盐蓄冷消除了二者的缺点，集合了二者的优点。

以下我们来探讨共晶盐制冷。

标签：蓄冷;共晶盐;相变温度;十水硫酸钠（Na2SO4·10H2O）;相分离共晶是指在相对较低的温度下共晶材料发生共晶物熔合的现象，共晶材料直接从液态变到固态，而不经过塑性阶段，是一个液态同时生成两个固态的平衡反应。

本文中我们所说的共晶盐可以狭义解释为一种可以使水的凝固点温度升高并同其共晶的一种无机盐类。

共晶盐蓄冷的优点有以下几点：1、主机效率高，接近常规冷水机组的效率。

2、易用于现有的空调系统，尤适用于常规空调改造和扩容。

3、管线无冻结问题。

4、蓄冷能力在水与冰之间。

5、压缩机型式可任选。

6、运行和储冷可同时进行。

共晶盐蓄冷的缺点如下：1、蓄冷材料价格高，寿命短。

2、系统复杂，控制要求高。

3、相变温度为8.3℃，冷冻水须进一步降温后才能使用。

以下我们来看一下十水硫酸钠（Na2SO4·10H2O）的储能特性：十水硫酸钠（Na2SO4·10H2O）是一种典型的无机水合盐相变储能材料。

它属于低温储热材料，有较高的潜热（254kJ/kg）和良好的导热性能、化学稳定性好、无毒、价格低廉，是许多化工产品的副产品，来源广，因合适的相变温度，能用于贮存太阳能、各种工业和生活废热，与其它无机盐（如NaCI）形成的低共熔盐的相变温度可控制在20～30℃范围内。

因此Na2SO4·10H2O以其优越的性能，成为很具吸引力的储热材料。

Na2SO4·10H2O的相变储热循环过程为：Na2SO4·10H2O（S）+饱和溶液=Na2SO4·10H2ONa2SO4·10H2O蓄冷工程中有两个制约因素：过冷和相分离。

0　引言能源是社会发展的重要物质基础，是经济的主要驱动力之一[1]。

不可再生资源的不断枯竭和全球变暖的不断升级，迫使趋势转向使用可持续能源[2，3]。

因此，进行可再生能源开发势在必行。

研究充放效率高的储热、储电系统是推动可再生能源普及应用的必经环节[4，5]。

据统计，目前全球18%以上的能源消耗来自可再生能源[6]。

长远看来，可再生能源由于其可持续性、环境友好性而比传统化石能源更具应用前景[7]。

然而，可再生能源也面临亟待解决的问题，特别是以风光为主的间歇性能源，其自然脉动性与人类社会活动的24小时能源供应需求相违背，需配置储能手段来平抑能源供给侧与需求侧的波动[8]。

在热能制取与利用领域，通过将热能储存（Thermal Energy Storage，TES）应用于高效和清洁的能源系统，可以最大限度地减少对二次能源/化石燃料的依赖，从而提高可再生能源热能的可靠性[12，13]。

此外，TES系统可以储存多余的能源，并通过在电力需求高峰期间交付来弥补供需缺口[14，15]。

国内外能源技术领域正在努力从可再生能源中获得更稳定、更高效、全天候的能源供给[16]。

1　热能储存TES通过Web of Science对TES相变材料进行了全面的文献调查，在过去的30年里，共统计出4300多篇关于材料、组件、系统、应用、发展等基础科学/化学的研究论文。

如图1（a）所示，近10多年来，TES材料的研究非常活跃。

此外，TES 材料也获得了市场认可，一些组织对相关技术申请了专利保护［见图1（b）］，从文献和专利增长情况来看，储热行业发展增速较为迅猛[17-18]。

用于潜热储热（LHTES）的材料称为相变材料（Phase Change Materials，PCM）[19]，在相变过程中具有恒定温度进行吸收和释放热量的能力[20]。

PCM的分类和相关应用情况如图2所示，组成成分多样，可以是有机、无机或共晶混合物。

通过将PCM配置进TES系统，可有效地利用其相变过程进行热量储存与馈出，通过控制系统的运行参数可以满足热负荷。

不同冷却温度下相变材料Na2SO4.10H2O的过冷行为来源:沈阳建筑大学市政与环境工程学院作者:李国柱研究不同冷却温度下结晶水合盐Na2SO4·10H2O的过冷行为。

建立了过冷行为的测试装置，测试并绘制了不同冷却温度下Na2SO4·10H2O添加成核剂前后的步冷曲线，以研究其过冷行为。

结果表明，冷却温度在5℃～25℃时过冷度随冷却温度的减小而增大；冷却温度为25℃时Na2SO4·10H2O不发生完全结晶甚至不结晶；最小过冷度发生在冷却温度为20℃时，为5.3℃；最大过冷度发生在冷却温度为5℃时而非0℃，为15.9℃。

添加成核剂可降低Na2SO4·10H2O的过冷度，但放热温度变小，且随着冷却温度的减小而降低。

相变材料(PhaseChangeMaterial，PCM)性能研究及其在暖通空调、废热回收及太阳能利用等领域的应用，是被重点研究的交叉领域。

相变材料一般可分为有机类、无机类和混合类。

结晶水合盐相变材料属于无机类，它具有价格较便宜、溶解热较大、使用范围广等特点，通常是中低温储能材料中重要的一类，Na2SO4·10H2O即是此类的典型材料。

结晶水合盐相变材料在“熔-冻”过程中，通常存在过冷度大的现象，导致熔化与凝固的温度不一致，严重制约了实际应用。

国外对结晶水合盐的研究在20世纪70年代已经开始，80年代研究已经达到高峰，国内则从20世纪80年代开始相继开展Na2SO4·10H2O作为相变储热材料的研究。

Telkes 对Na2SO4·10H2O的过冷性进行了深入研究，指出添加硼砂作为成核剂是解决过冷的有效途径；Onwubiko通过DSC研究得出添加0.95%的农用硼砂可使Na2SO4·10H2O的过冷度降至最小，Ryu的研究显示硼砂的最佳量为3%；Marks指出成核剂硼砂可降低Na2SO4·10H2O的过冷度，但其储热性能会随着循环使用而衰减。

笫48卷第7期G血老坊2022作7月Sichuan Building MaieFiak \ol.48Ao.7 July.2022相变材料与建筑围护结构蓄能一体化设计和应用分析曹文瑞蔦曹茂庆2,李宇彳,王巍“（1•东北石油大学建筑系,黑龙江大庆163319；2•黑龙江建筑职业技术学院,黑龙江哈尔滨150025；3•黑龙江斯维尔科技发展有限公司,黑龙江哈尔滨150025；4.黑龙江建筑职业技术学院,黑龙江哈尔滨150025）摘要:相变材料是传统材料和相变物质复合形成的一种新型储能材料，相变材料在使用的时候会根据外界温度变化需要来调节自身的温度，从而发挥出材料的作用。

相变材料被广泛地应用在建筑墙体、建筑底板、建筑吊顶、建筑围护结构中。

以建筑围护结构为研究切入点，在介绍相变材料内涵、性能和分类的基础上，分析满足建筑围护结构施工的相变材料类型，并就相变材料在建筑围护结构蓄能一体化设计中的应用问题进行探究。

关键词:相变材料;建筑围护结构；蓄能一体化;设计应用中图分类号:TU111.4文献标志码:A文章编号:1672-4011（2022）07-0001-02DOI：10.3969/j.issn.1672-4011.2022.07.0010前言在现代技术和建筑行业的深化发展下,越来越多的轻型、结构容量小的材料被引入到工程施工中，其中，相变材料就是其中的一种。

相变材料在发生相变的时候会释放出比较多的热量，且相变温度的变化范围也会缩小，因而被人们广泛地应用到建筑工程,特别是建筑围护结构施工中,有效提高了建筑轻质围护结构的热容量，减少了房间内部的温度波动，有效改善了房屋的热性能，在真正意义上实现了建筑工程的低碳环保发展。

为此，文章结合建筑围护结构施工的实际要求,就相变材料在建筑围护结构施工中的应用问题进行探讨。

1相变材料概述1.1内涵相变材料是指在某一种特定温度环境下能够随意进行状态转变的物质。

在材料相变的过程中，物质的分子会从有序的状态变为一种无序的状态，同时，在材料状态转变的过程中伴随着吸热和放热的现象。