第二章 相变储能材料的分类和选择

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。

上海大学2011-2012学年秋季学期研究生课程考试小论文课程名称：先进功能材料课程编号： 102004812论文题目:相变储能材料综述研究生姓名: 魏敏学号: 论文评语:成绩: 任课教师:评阅日期:相变储能材料综述魏敏上海大学材料科学与工程学院摘要:相变储能材料就是将暂时不用的能量储存起来，到需要时再释放，从而缓解能量需求的矛盾，节约能源。

本文概述了相变储能的原理、种类和特点、制备方法、性能要求以及在建筑中应用，并指出当前应用相变储能材料存在的问题以及新的发展方向。

关键词：相变材料；储能；建筑；节能；一．引言近年来，当今社会能源短缺及环境污染成为我们所面临的重要难题。

开发利用可再生能源对节能和环保具有重要的现实意义。

开发新能源提高能源利用率已成为工业发展的重要课题。

因此，相变储能材料（phase change material）成为国内外能源利用和材料科学方面的研究热点。

相变储能技术可以解决能量供求在时间和空间上不匹配矛盾，也就是可以在能量多时可以储能，在需要时释放出来，从而提高能源利用率。

一些发达国家在推广应用相对比较成熟的储能技术和储能材料，以期待不断提高技术性、经济性和可靠性。

我国也在这方面进行了积极的研究[1-3]。

相变储能材料是指在其物相变化过程中，可以从环境中吸收热（冷）量或向环境放出热（冷）量，从而达到能量储存和释放的目的。

利用此特性不仅可以制造出各种提高能源利用率的设施，同时由于其相变温度近似恒定，可以用来调整控制周围环境的温度，并且可以多次重复使用。

作为为相变材料一般须满足以下要求:储能密度大；能源的转换效率高；稳定性好；单组分材料不易挥发和分解；对多组分材料,则要求各组分间结合牢固；不会发生离析现象；无毒、无腐蚀、不易燃易爆, 且价格低廉；导热系数大,以便能量可以及时地储存或取出；不同状态间转化时, 材料体积变化要小[1]。

二．相变储能材料介绍相变储能原理储能机理：（1）利用材料的比热容或者材料温度的变化（2）利用材料物态的转变（相变热）相变储能材料的分类相变储能材料的种类繁多，根据不同划分方法可以分成不同的类别。

(4) 弹 性 储 能
弹性储能利用弹簧可反复曲伸的弹性物质原理，实现对电能的结构性物 理储存和释放弹性能量发电。卷簧和压簧组合体是利用弹性能量的关键 核心部件。通过对卷簧的卷压储能或对压簧组合体的压缩储能，达到储 存电能的目的；通过对卷簧或压簧组合体的能量释放，达到利用弹性能 量发电的技术效果。
1.机械储能——液压储能
皮囊式蓄能器由油液部分和带有气密封件的气体部分组成，当压 力升高时油液进入蓄能器，气体被压缩，系统管路压力不再上升 ；当管路压力下降时压缩空气膨胀，将油液压入回路，从而减缓 管路压力的下降。
二、化学储能
(1) 铅 酸 电 池
构成铅酸蓄电池之主要成份如下： 阳极板 ( 过氧化铅 .PbO+ )---> 活性物质 阴极板 ( 海绵状铅 .Pb) ---> 活性物质 电解液 ( 稀硫酸 ) ---> 硫酸 ( H2SO4) + 水 ( H2O) 电池外壳 隔离板 其它 ( 液口栓 . 盖子等 )
Cd+2NiO(OH)+2H2O=2Ni(OH)2+Cd(OH)2
优点： 1 良好的大电流放电特性 2 耐过充放电能力强 3 维护简单 缺点： 1 镉是有毒的，环境污染 2 在充放电过程中如果处理不当，会出现 严重的“记忆效应”，使得服务寿命大大缩短
(3) 镍 氢 电 池
镍氢电池是由氢离子和金属镍合成，电量储备比镍镉电池多30% ，比镍镉电池更轻，使用寿命也更长，并且对环境无污染。镍氢 电池的缺点是价格比镍镉电池要贵很多，性能比锂电池要差。 镍氢电池中的“金属”部分实际上是金属氢化物。能够可逆地形 成金属氢化物。电池充电时，氢氧化钾（KOH）电解液中的氢离 子（H+）会被释放出来，由这些化合物将它吸收，避免形成氢气 （H2），以保持电池内部的压力和体积。当电池放电时，这些氢 离子便会经由相反的过程而回到原来的地方。

相变储能材料及其应用物质的存在通常认为有三态，物质从一种状态变到另一种状态叫相变。

相变的形式有以下四种：(1)固—液相变；(2)液—汽相变；(3)固—汽（4）固-固相变。

相变过程个伴有能量的吸收或释放，我们就可以利用相变过程中有能量的吸收和释放的现象，利用相变材料来存储能量。

比如用冰贮冷，冬天，在寒冷的地区，人们从湖面、河面冻结的厚冰层中获取冰块，贮存于“冰屋”中，利月锯末隔热、冰块可存放到夏季结束。

这是冰块就可以起到现在冰箱的效果了。

储能想变成材料一般而言，储热相变材料可以这么进行分类下面我们对相变储能材料进行逐一分析：1、固-液相变材料：（1）结晶水合盐：结晶水合盐种类繁多，其熔点也从几度到几百度可供选择，其通式可以表达为AB?nH 2O 。

结晶水合盐通常是中、低温贮能相变材料中重要的一类，其特点是：使用范围广，价格较便宜、导热系数较大(与有机类相变材料相比)、溶解热较大、密度较大、体积贮热密度较大、一般呈中性。

但此类相变材料通常存在过冷和析出两大问题。

所谓过冷是指当液态物质冷却到“凝固点”时并不结晶，而须冷却到“凝固点”以下一定温度时方开始结晶；而析出现象指在加热过程中，结晶水融化，此时盐溶解在水结晶水合盐（如Na 2 SO 4?10H 2O ） 熔融盐金属（包括合金） 其他无机类相变材料（如水） 无机物 有机物 石蜡酯酸类其他有机混合类 有机类与无机类相变材料的混合 相变材料中形成溶液。

结晶水合盐的代表有芒硝、六水氯化钙、六水氯化镁、镁硝石等（2）石蜡：石蜡主要由直链院烃混合而成，可用通式C n H2n+2表示，短链烷烃熔点较低，但链增长熔点开始增长较快，而后逐渐减慢。

随着链的增长，烷烃的熔解热也增大，由于空间的影响，奇数和偶数碳原子的烷烃有所不同，偶数碳原子烷烃的同系物有较高的熔解热，链更长时熔解热趋于相等。

在C7H16以上的奇数烷烃和在C20H44以上的偶数烷烃在7℃一22℃范围内会产生两次相变：（1）低温的固-固转变，它是链围绕长轴旋转形成的；（2）高温的固-液相变，总潜热接近溶解热，它被看作贮热中可利用的热能。