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相變材料具有在一定溫度范圍內(nèi)改變其物理狀態(tài)的能力。以固－液相變?yōu)槔?，在加熱到熔化溫度時，就產(chǎn)生從固態(tài)到液態(tài)的相變，熔化的過程中，相變材料吸收并儲存大量的潛熱；當(dāng)相變材料冷卻時，儲存的熱量在一定的溫度范圍內(nèi)要散發(fā)到環(huán)境中去，進行從液態(tài)到固態(tài)的逆相變。在這兩種相變過程中，所儲存或釋放的能量稱為相變潛熱。物理狀態(tài)發(fā)生變化時，材料自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變，形成一個寬的溫度平臺，雖然溫度不變，但吸收或釋放的潛熱卻相當(dāng)大。



相變材料的分類相變材料主要包括無機PCM、有機PCM和復(fù)合PCM三類。其中，無機類PCM主要有結(jié)晶水合鹽類、熔融鹽類、金屬或合金類等；有機類PCM主要包括石蠟、醋酸和其他有機物；近年來，復(fù)合相變儲熱材料應(yīng)運而生，它既能有效克服單一的無機物或有機物相變儲熱材料存在的缺點，又可以改善相變材料的應(yīng)用效果以及拓展其應(yīng)用范圍。因此，研制復(fù)合相變儲熱材料已成為儲熱材料領(lǐng)域的熱點研究課題。但是混合相變材料也可能會帶來相變潛熱下降，或在長期的相變過程中容易變性等缺點。



相變儲能建筑材料



相變儲能建筑材料兼?zhèn)淦胀ńú暮拖嘧儾牧蟽烧叩膬?yōu)點，能夠吸收和釋放適量的熱能；能夠和其他傳統(tǒng)建筑材料同時使用；不需要特殊的知識和技能來安裝使用蓄熱建筑材料；能夠用標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)；在經(jīng)濟效益上具有競爭性。



相變儲能建筑材料應(yīng)用于建材的研究始于1982年，由美國能源部太陽能公司發(fā)起。20世紀(jì)90年代以PCM處理建筑材料(如石膏板、墻板與混凝土構(gòu)件等)的技術(shù)發(fā)展起來了。隨后，PCM在混凝土試塊、石膏墻板等建筑材料中的研究和應(yīng)用一直方興未艾。1999年，國外又研制成功一種新型建筑材料－固液共晶相變材料，在墻板或輕型混凝土預(yù)制板中澆注這種相變材料，可以保持室內(nèi)溫度適宜。另歐美有多家公司利用PCM生產(chǎn)銷售室外通訊接線設(shè)備和電力變壓設(shè)備的專用小屋，可在冬夏天均保持在適宜的工作溫度。此外，含有PCM的瀝青地面或水泥路面，可以防止道路、橋梁、飛機跑道等在冬季深夜結(jié)冰。



相變材料與建筑材料的復(fù)合工藝



PCM與建材基體的結(jié)合工藝，目前主要有以下幾種方法：（1）將PCM密封在合適的容器內(nèi)。（2）將PCM密封后置入建筑材料中。（3）通過浸泡將PCM滲入多孔的建材基體(如石膏墻板、水泥混凝土試塊等)。（4）將PCM直接與建筑材料混合。（5）將有機PCM乳化后添加到建筑材料中。國內(nèi)建筑節(jié)能知名企業(yè)——北京振利高新技術(shù)公司成功地將不同標(biāo)號的石蠟乳化，然后按一定比例與相變特種膠粉、水、聚苯顆粒輕骨料混合，配制成兼具蓄熱和保溫的可用于建筑墻體內(nèi)外層的相變蓄熱漿料。試驗樓的測試工作正在進行中。同時在開發(fā)的還有相變砂漿、相變膩子等產(chǎn)品。



相變材料在建筑圍護結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用



現(xiàn)代建筑向高層發(fā)展，要求所用圍護結(jié)構(gòu)為輕質(zhì)材料。但普通輕質(zhì)材料熱容較小，導(dǎo)致室內(nèi)溫度波動較大。這不僅造成室內(nèi)熱環(huán)境不舒適，而且還增加空調(diào)負(fù)荷，導(dǎo)致建筑能耗上升。目前，采用的相變材料的潛熱達到170J/g甚至更高，而普通建材在溫度變化1℃時儲存同等熱量將需要190倍相變材料的質(zhì)量。因此，復(fù)合相變建材具有普通建材無法比擬的熱容，對于房間內(nèi)的氣溫穩(wěn)定及空調(diào)系統(tǒng)工況的平穩(wěn)是非常有利的。



FTC相變材料的選擇



用于建筑圍護結(jié)構(gòu)的相變建筑材料的研制，選擇合適的相變材料至關(guān)重要，應(yīng)具有以下幾個特點：（1）熔化潛熱高，使其在相變中能貯藏或放出較多的熱量；（2）相變過程可逆性好、膨脹收縮性小、過冷或過熱現(xiàn)象少；（3）有合適的相變溫度，能滿足需要控制的特定溫度；（4）導(dǎo)熱系數(shù)大，密度大，比熱容大；（5）相變材料無毒，無腐蝕性，成本低，制造方便。



在實際研制過程中，要找到滿足這些理想條件的相變材料非常困難。因此，人們往往先考慮有合適的相變溫度和有較大相變潛熱的相變材料，而后再考慮各種影響研究和應(yīng)用的綜合性因素。



就目前來說，現(xiàn)存的問題主要在相變儲能建筑材料耐久性以及經(jīng)濟性方面。耐久性主要體現(xiàn)在三個方面：相變材料在循環(huán)過程中熱物理性質(zhì)的退化問題；相變材料易從基體的泄漏問題；相變材料對基體材料的作用問題。經(jīng)濟性主要體現(xiàn)在：如果要最大化解決上述問題，將導(dǎo)致單位熱能儲存費用的上升，必將失去與其他儲熱法或普通建材競爭的優(yōu)勢。相變儲能建筑材料經(jīng)過20多年的發(fā)展，其智能化功能性的特點勿容置疑。隨著人們對建筑節(jié)能的日益重視，環(huán)境保護意識的逐步增強，相變儲能建筑材料必將在今后的建材領(lǐng)域大有用武之地，也會逐漸被人們所認(rèn)知，具有非常廣闊的應(yīng)用前景