相變材料-徐長(zhǎng)偉課件

1、相變儲(chǔ)能材料的含義相變儲(chǔ)能材料的含義相變儲(chǔ)能材料的相變機(jī)理相變儲(chǔ)能材料的相變機(jī)理相變儲(chǔ)能材料的分類(lèi)相變儲(chǔ)能材料的分類(lèi)相變儲(chǔ)能材料的制備相變儲(chǔ)能材料的制備相變儲(chǔ)能材料的應(yīng)用相變儲(chǔ)能材料的應(yīng)用相變儲(chǔ)能材料存在的問(wèn)題相變儲(chǔ)能材料存在的問(wèn)題 相變儲(chǔ)能材料是在某一特定的溫度下，能相變儲(chǔ)能材料是在某一特定的溫度下，能夠從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)的物質(zhì)，物質(zhì)的分夠從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)的物質(zhì)，物質(zhì)的分子迅速由有序向無(wú)序的轉(zhuǎn)變（反之亦然），同時(shí)伴子迅速由有序向無(wú)序的轉(zhuǎn)變（反之亦然），同時(shí)伴隨著吸熱和放熱的現(xiàn)象。隨著吸熱和放熱的現(xiàn)象。冰相變材料從液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)相變材料從液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí), , 要經(jīng)歷物理狀

2、態(tài)的變要經(jīng)歷物理狀態(tài)的變化。在這兩種相變過(guò)程中化。在這兩種相變過(guò)程中, , 材料要從環(huán)境中吸熱材料要從環(huán)境中吸熱, , 反反之之, , 向環(huán)境放熱。向環(huán)境放熱。在物理狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)可儲(chǔ)存或者釋放的能量稱為相在物理狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)可儲(chǔ)存或者釋放的能量稱為相變熱變熱, , 發(fā)生相變的溫度范圍很窄。物理狀態(tài)發(fā)生變化發(fā)生相變的溫度范圍很窄。物理狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)時(shí), , 材料自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變。大材料自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變。大量相變熱轉(zhuǎn)移到環(huán)境中量相變熱轉(zhuǎn)移到環(huán)境中, , 產(chǎn)生了一個(gè)寬的溫度平臺(tái)。產(chǎn)生了一個(gè)寬的溫度平臺(tái)。相變材料的出現(xiàn)相變材料的出現(xiàn), , 體現(xiàn)了恒溫時(shí)間的延長(zhǎng)體現(xiàn)

3、了恒溫時(shí)間的延長(zhǎng), ,并可與顯熱并可與顯熱和絕緣材料在熱循環(huán)時(shí)和絕緣材料在熱循環(huán)時(shí), , 儲(chǔ)存或者釋放顯熱儲(chǔ)存或者釋放顯熱。儲(chǔ)能材料儲(chǔ)能的方式儲(chǔ)能材料儲(chǔ)能的方式：1.顯熱儲(chǔ)能2.潛熱儲(chǔ)能3.化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)能蓄熱的溫度范圍：蓄熱的溫度范圍：1.高溫（250以上，主要是無(wú)機(jī)鹽）2.中溫（100-250）3.低溫（100以下,主要是無(wú)機(jī)水合鹽、高分子、有機(jī)物）材料的化學(xué)組成：材料的化學(xué)組成：1.無(wú)機(jī)相變材料2.有機(jī)相變材料3.混合相變材料蓄熱過(guò)程中材料相態(tài)：蓄熱過(guò)程中材料相態(tài)：1.固-液相變材料2.固-固相變材料3.固-氣相變材料4.液-氣相變材料。無(wú)機(jī)相變材料： 堿土金屬鹵化物、硝酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽

4、及醋酸鹽等水合鹽 醋酸鹽類(lèi)有CH3COONa3H2O、CH COONa2H2O、CH3COOLi2H2O等； 硝酸鹽類(lèi)有Mg(NO3)26H2O、Mg(NO3)24H2O、Ca(NO3)24H2O、Zn(NO3)24H2O、Zn(NO3)6H2O、Zn(NO3) H2O等； 硫酸鹽類(lèi)有Na2SO410H2O、FeSO47H2O等； 磷酸鹽類(lèi)有Na2HPO412H2O、K3PO47H2O、Na3PO4H2O等； 碳酸鹽類(lèi)有Na2CO312H2O等； 鹵化物類(lèi)有CaCl6H2O、KF4H2O等。有機(jī)相變材料有機(jī)相變材料：石蠟、脂肪酸、高密度聚乙烯 上個(gè)世紀(jì)80年代美國(guó)Dow 化學(xué)公司對(duì)近2萬(wàn)種相變

5、材料進(jìn)行了測(cè)試, 結(jié)果表明只有1% 的相變材料有使用價(jià)值, 它們是有合適熔點(diǎn)的水合鹽以及一些有機(jī)相變材料。由于民用建筑對(duì)材料的性質(zhì)與經(jīng)濟(jì)因素有嚴(yán)格的限制, 適用于儲(chǔ)能建材的相變材料就更少了。( 1)相變材料的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度或者供暖、空調(diào)系統(tǒng)要求的溫度范圍內(nèi); ( 2)具有足夠大的相變潛熱;( 3)相變時(shí)膨脹或者收縮要小; ( 4)相變的可逆性要好; ( 5)無(wú)毒性、無(wú)腐蝕性; ( 6)制作原料廉價(jià)易得。( 1)將幾種有機(jī)物配合成二元或者多元相變材料, 也可以將有機(jī)物與無(wú)機(jī)物復(fù)合, 從而制得合適相變溫度以及相變潛熱的相變材料 。( 2)制備一直保持固體形狀的固液相變材料。這類(lèi)相變材料的主要組成成分

6、有兩種: 工作物質(zhì)和載體基質(zhì)。前者用來(lái)儲(chǔ)能, 主要是固液相變材料; 后者可以保持材料的不流動(dòng)性和可加工性, 載體基質(zhì)的相變溫度一般都較高, 載體基質(zhì)不僅要有結(jié)構(gòu)材料的一般特性, 還要與相變材料相容、無(wú)腐蝕、無(wú)化學(xué)反應(yīng)及成本低等 ?；w材料封裝相變材料法基體和相變材料熔融共混法浸漬法 將固液態(tài)PCM封裝技術(shù)分散成球形小顆粒，再在表面封裝一層性能穩(wěn)定的殼材，即得到相變材料微膠囊。具有良好的熱傳導(dǎo)系數(shù)，單位質(zhì)量的相變潛熱大，體積膨脹率小，密度大；相變過(guò)程可逆性好，相變過(guò)程的方向僅以溫度決定，不存在過(guò)冷和降解現(xiàn)象；無(wú)毒、無(wú)腐蝕、無(wú)泄漏、防火、不污染環(huán)境；相變材料經(jīng)濟(jì)且原料來(lái)源容易；相變過(guò)程可靠性好，不

7、會(huì)產(chǎn)生降解和變化，使用壽命長(zhǎng)，一般要求達(dá)到(% 年以上；相變溫度合適，適合于該地域的氣候特征和接近人體的舒適溫度；與建筑材料相容，不影響建筑材料的機(jī)械性能和強(qiáng)度；蒸汽壓力低。 相變儲(chǔ)能墻板最初是美國(guó)20 世紀(jì)80 年代中期開(kāi)始研究的一種含有相變材料的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料，根據(jù)不同的建材基體可以將其分為三類(lèi)：l一是以石膏板為基材的相變儲(chǔ)能石膏板，主要用作外墻的內(nèi)壁材料，可以減弱建筑物室內(nèi)溫度的波動(dòng)幅度，保持室內(nèi)舒適性；l二是以混凝土材料為基材的相變儲(chǔ)能混凝土，主要用作外墻體材料；l三是以保溫隔熱材料為基材，來(lái)制備高效節(jié)能型建筑保溫隔熱材料。相變墻體實(shí)驗(yàn)相變墻體實(shí)驗(yàn) 結(jié)果表明，PCM 壁板的蓄熱能力使

8、其能夠在采暖或者空調(diào)設(shè)備關(guān)閉之后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，將房間溫度保持在人體感覺(jué)的舒適溫度范圍，還可以在較短的時(shí)間內(nèi)快速蓄存和釋放大量的熱量。PCM墻體的熱容量是普通墻體的2倍。實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)論 相變儲(chǔ)能混凝土是以混凝土材料為基體的復(fù)合相變材料的智能混凝土。相變儲(chǔ)能混凝土應(yīng)用于建筑節(jié)能領(lǐng)域，具有普通混凝土材料所無(wú)法比擬的熱容，利用它作外墻體材料，將有利于室內(nèi)溫度的穩(wěn)定，從而改善熱舒適性，達(dá)到節(jié)能的目的。供暖儲(chǔ)能系統(tǒng)供暖儲(chǔ)能系統(tǒng)( 1)相變蓄熱地板輻射供暖系統(tǒng)( 2)帶相變蓄熱器的空氣型太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)空調(diào)蓄冷系統(tǒng)空調(diào)蓄冷系統(tǒng)( 1)利用樓板蓄冷的吊頂空調(diào)系統(tǒng)( 2)相變蓄冷空調(diào)新風(fēng)機(jī)組 相變材料在地

9、板中的應(yīng)用，一般都會(huì)結(jié)合電加熱方式，以組成電加熱相變蓄熱地板采暖系統(tǒng)。地板采暖使得室內(nèi)水平溫度分布均勻，垂直溫度梯度小，不僅符合人體“足暖頭涼”的需要，而且采暖能耗較低，接近理想的采暖方式。導(dǎo)熱相變材料（電子器件）筆記本恒溫墊在服裝紡織業(yè)中的應(yīng)用在服裝紡織業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)階段相變材料的研究困難主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面相變儲(chǔ)能材料的耐久性相變儲(chǔ)能材料的耐久性，這個(gè)問(wèn)題分為三類(lèi)。首先，相變儲(chǔ)能材料在循環(huán)相變過(guò)程中熱物理性質(zhì)的退化。其次，相變儲(chǔ)能材料從基體材料中泄漏出來(lái)，表現(xiàn)為在材料表面結(jié)霜。另外，相變儲(chǔ)能材料對(duì)基體材料的作用，相變儲(chǔ)能材料相變過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力使得基體材料容易破壞。相變儲(chǔ)能材料的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題相變儲(chǔ)能材料的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，是制約其廣泛應(yīng)用于建筑節(jié)能領(lǐng)域的障礙，表現(xiàn)為各種相變儲(chǔ)能材料及相變儲(chǔ)能復(fù)合材料價(jià)格較高，導(dǎo)致單位熱能的存儲(chǔ)費(fèi)用上升，失去了與其他儲(chǔ)熱方式的比較優(yōu)勢(shì)。相變儲(chǔ)能材料的相變儲(chǔ)能材料的儲(chǔ)能性能儲(chǔ)能性能問(wèn)題