相變儲能材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用

相變儲能材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用隨著人們生活水平以及對工作與居住環(huán)境舒適度要求的提高，空調(diào)能耗隨之大幅度增高，造成能源消耗過快、環(huán)境污染增加、電網(wǎng)負(fù)荷峰谷過大、峰負(fù)荷時(shí)電力供應(yīng)嚴(yán)重不足等建筑能耗增加的問題，目前歐美發(fā)達(dá)國家的建筑能耗已達(dá)到全社會總能耗的40％，在我國建筑能耗約占全國總能耗的27．8％，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，建筑能耗的比重將進(jìn)一步增加。因此，建筑節(jié)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用已成為當(dāng)前建筑和建筑材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題之一。目前廣泛應(yīng)用的外墻外保溫和內(nèi)墻內(nèi)保溫技術(shù)雖然可以降低能量的消耗，但由于材料本身的熱容量有限，不能充分地將能量進(jìn)行儲存利用，因而限制了建筑節(jié)能的能力。如何在維持可持續(xù)發(fā)展的前提下，使用最低能耗達(dá)到居住環(huán)境舒適度最大化？這里就要用到相變儲能材料。相變儲能材料（PhaseChangeMaterials，PCMs）是在發(fā)生相變的過程中，可以吸收環(huán)境的熱（冷）量，并在需要時(shí)向環(huán)境釋放出熱（冷）量，從而達(dá)到控制周圍環(huán)境溫度的目的，由于相變物質(zhì)在其物相變化過程(熔化或凝固)中，可以從環(huán)境吸收或放出大量熱量，同時(shí)保持溫度不變，可以多次重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用于建筑節(jié)能領(lǐng)域不但可以提高墻體的保溫能力，節(jié)省采暖能耗，而且可以減小墻體自重，使墻體變薄，增加房屋的有效使用面積，因此可以說，相變儲能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的重要途徑。相變儲能建筑材料是通過向傳統(tǒng)建筑材料中加入相變材料制成的具有較高熱容的輕質(zhì)建筑材料，具有較大的潛熱儲存能力。通過用相變儲能建筑材料構(gòu)筑的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，可以降低室內(nèi)溫度波動(dòng)，提高舒適度，使建筑供暖或空調(diào)不用或者少用能量，提高能源利用效率，并降低能源的運(yùn)行費(fèi)用。因而具有廣闊的應(yīng)用前景。對于相變儲能材料，比較系統(tǒng)的科學(xué)研究是在第二次世界大戰(zhàn)以后展開。美國麻省理工的M.Telkes和G.A.Lane等人在相變材料的配制和性能研究、相平衡、結(jié)晶、相變傳熱、相變儲能系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面做了大量工作。20世紀(jì)70年代初，第一次能源危機(jī)爆發(fā)，西方發(fā)達(dá)國家受到巨大沖擊，但促進(jìn)了社會和工程界對相變儲能材料和建筑節(jié)能技術(shù)的重視，相變儲能材料的理論和應(yīng)用研究也得到了長足的進(jìn)步和發(fā)展。目前，相變材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)成為其最為重要的利用途徑之一，它在太陽能系統(tǒng)、工業(yè)余熱利用、電力調(diào)峰、紡織業(yè)等都有很廣泛的利用?？梢灶A(yù)計(jì)，在今后相當(dāng)長的時(shí)間里，相變儲能建筑材料在環(huán)境材料和建筑節(jié)能等領(lǐng)域都將扮演極其重要的角色。1相變儲能材料1.1相變材料的相變形式相變是物質(zhì)集態(tài)或組成的變化。相變的形式有以下4類：（1）固－固相變；（2）固－液相變；（3）液－汽相變；（4）固－汽相變。一般來說，從（1）到（4）相變潛熱逐漸增大。由于第（3）、（4）類相變過程中有大量氣體，相變物質(zhì)的體積變化很大，因此，盡管這2類相變過程中相變潛熱很大，但在實(shí)際應(yīng)用中很少被選用。與此相反，固－固相變由于體積變化小，對容器要求低（容器密封度、強(qiáng)度無需很高），可以直接加工成任意形狀，因此，往往是實(shí)際應(yīng)用中希望采用的相變類型。但是固－固相變的潛熱較小，相變溫度一般也較高，對中低溫的應(yīng)用不理想，所以，大多數(shù)傳統(tǒng)的PCMs是通過固－液相變來儲存和釋放能量，但是由于該相變過程中會出現(xiàn)液體，必須進(jìn)行封裝處理，因而也限制了其應(yīng)用范圍。有時(shí)，為了應(yīng)用需要，幾種相變類型可同時(shí)采用。1.2相變材料的分類大量的有機(jī)材料、無機(jī)材料和共晶混合物因?yàn)樘赜械娜劢鉁囟群蜐摕醿Υ婺芰Χ欢x為相變儲能材料，已知的相變儲能材料幾乎可以滿足任何溫度范圍的使用需求。與傳統(tǒng)的顯熱儲存方式不同的是，相變儲能材料能夠提供更高的儲能密度，且能量的儲存和釋放是一個(gè)等溫或近似等溫的過程，相變儲能材料的這種特點(diǎn)是其具有廣泛應(yīng)用基礎(chǔ)的原因。相變儲能材料可以按照材料的性質(zhì)和組成進(jìn)行分類，具體的類別如圖1所示。1.3不同相變材料優(yōu)缺點(diǎn)的比較根據(jù)上述相變儲能材料的分類，各種不同材料的優(yōu)缺點(diǎn)見表1。表1不同種類的PCMs的優(yōu)缺點(diǎn)肢項(xiàng)目濕優(yōu)點(diǎn)便缺點(diǎn)粘有機(jī)貓相變兵材料誕（廣1）塘適應(yīng)故溫度射范圍朽廣；柴（2架）固鍛化時(shí)寇沒有辭明顯喊過冷血現(xiàn)象兩；（申3）陸結(jié)晶迫速率定高；葡（4絕）與僅傳統(tǒng)譯結(jié)構(gòu)侵材料抹兼容宵性好嗚；（欺5）楚化學(xué)紐性能萄穩(wěn)定釋；（葵6）斧安全瞎無毒炒，無咱腐蝕秒；（汽7）燦循環(huán)罪利用找性能產(chǎn)強(qiáng)；距（8剩）熔玻解熱定高本（1慈）固桃態(tài)時(shí)雅導(dǎo)熱行性能鬧較低宅；（靜2）雷單位主體積濤儲熱死能力瀉差；驅(qū)（3動(dòng)）容禍易燃巾燒；瞞（4遣）和闖無機(jī)貞相變統(tǒng)材料帳相比塞成本值較高趁無機(jī)屠相變徹材料香（1昆）單押位體裝積儲帳熱能秤力強(qiáng)祥；（語2）密成本太低廉趣，易視于獲餅?。皇埃?琴）導(dǎo)仇熱系休數(shù)高棄；（買4）寺熔解豆熱比摸較高送；（悟5）孤不易蛾燃燒缸；（樹6）弄有明翁確熔烤點(diǎn)。突（1皺）過稠冷是陽固-世液相陶變中己的主哲要問蹦題；崇（2洪）有傍析出悅現(xiàn)象誦；（征3）努體積秤變化降較大側(cè)。有共晶別混合途物敬（1贈）與夏純物營質(zhì)相蒸似，咐也有爺明顯杰的熔黨點(diǎn)；艙（2跟）儲輝熱能窄力略盟高于俯有機(jī)坦混合構(gòu)物。齡研究旋開發(fā)荒不多震，能晚夠使避用的般這種漢材料秋有限浪1.崗4么相變滔材料腔的選拌擇依掀據(jù)具符有相辮變儲往能特啄征的壩材料冤數(shù)量糕龐大賓，種幻類繁欄多采。電在實(shí)容際的垃科學(xué)閥研究暈和工悄程應(yīng)退用中停結(jié)合辭具體將情況翼選擇睡和配吼制合孟適的癥相變鹿材料血，是匪必須鋤認(rèn)真折考慮墻的問脅題您。瓶表盈2影給出蹲了選固擇相楊變材遮料的紙一些慕基本課原則離和依結(jié)據(jù)曉。蠅表2量P肥CM而s的箭選擇孤依據(jù)緊項(xiàng)目物選擇怪依據(jù)殼熱力惹學(xué)性訪能撐（1繪）淺具有秀合適厘的相尋變溫輩度；奪（2殺）具圖有較腦高的含相變于潛熱區(qū)；（月3）鼓具有靜較高賄的比僑熱和稅導(dǎo)熱浪性能沫；（浴4）奴在相殿變過察程中碎體積簡變化律較小培，產(chǎn)災(zāi)生的禾蒸汽托壓較碎低。圓動(dòng)力著學(xué)性香能啄（1燭）具虹有較弱高的用結(jié)晶物成核度能力管，以相避免搏過冷礙現(xiàn)象迅；（象2）喪具有柿較快鋒的晶志體成巴長速號度，乏使得即所需顧的能業(yè)量能授夠從勵(lì)儲存鉆體系島中快沉速返譯回。查化學(xué)瓜性能舅（1姐）具巡有較珠好的怨化學(xué)辟穩(wěn)定揪性；委（2因）具簽有完爹全可寇逆的湖凝固巧、溶喊解循浮環(huán)；燕（3減）在火大量吉相變撲循環(huán)見以后軍沒有表明顯雄降低撓；（蓮4）候無毒驅(qū)、無揭腐蝕右、耐仰火。配經(jīng)濟(jì)馳性沫（1泛）成嬸本低慨；（俗2）榮使用霜分為酸廣。拖2、止相變旺材料柜在建毯筑節(jié)急能上氏的應(yīng)噴用并2.辟1淹相關(guān)彈研究首的意忍義和引目標(biāo)夾目前邊，全或球能斗源危童機(jī)仍階在加錫劇，揪石油士、驢天然浪氣等子傳統(tǒng)飄能源蛋的需喜求量避每年課都在世增加差，但揮是可投再生妨能源請的替丹代性綢卻遲害遲無谷法實(shí)蹄現(xiàn)雁。鄉(xiāng)我國域能源園總量惱豐富撓，但滾是人看均能寄源可蟻開采洪儲量延遠(yuǎn)低舉于世店界平才均水迫平須。鴨從能恢源利馳用效蜂率來魄看，絮目前妻國內(nèi)已能耗撇高，別能源仁效率罷低，斥與此測同時(shí)忠，我易國建建筑能行耗的丈總量黃逐年傷上升債，在怎能源僻總消燒費(fèi)量摧中所將占的定比例舉已從固20是壟世紀(jì)含70劣識年代叉末的航10廟%暴，上藝升到佳近年法的喬27敲.5礙%邪。諸國家蹲建設(shè)播部科襲技司源研究碰表明軟，隨拳著城烘市化塑進(jìn)程柔的加焰快和島人民矮生活睬質(zhì)量袋的改錄善，正我擋國建獎(jiǎng)筑耗縫能比北例最灘終還播將上辜升至嗚35莊%上左右例。惱如果擊任由促這種摸狀況變繼續(xù)尼發(fā)展豎，到陜20洗20器它年，伐我國設(shè)建筑碑耗能找將達(dá)獎(jiǎng)到靈10粗89拴直億暢t釣標(biāo)準(zhǔn)鞠煤，歲空調(diào)詳夏季陜高峰填負(fù)荷服將相挺當(dāng)于夏10誦扎個(gè)三瘦峽電耽站滿攪負(fù)荷銜能力產(chǎn)，如追此龐透大的秋建筑農(nóng)耗能傳已成就為我洪國經(jīng)逐濟(jì)發(fā)熔展的茅沉重膊負(fù)擔(dān)牢。魚目前侍，我遺國已戲明確慢提出櫻了紐“硬十一球五味”億期間唉所要容達(dá)到框的建詠筑節(jié)逃能目戚標(biāo)，句而要首實(shí)現(xiàn)噴這個(gè)須目標(biāo)辟，需剝要各恨種節(jié)拳能技角術(shù)的純改善理和發(fā)擱展羨。欺基于貫上述相原因?yàn)?，從木建筑橡?jié)能憶的角盤度來巨看，寫對相載變儲芬能建嘆筑材負(fù)料的竹研究劃工作耐十分耐緊迫盆。阻綜合隸過去銀的研博究成脹果，碼對相宗變儲拘能建鼓筑材鍛料的劈研究引需要鍵達(dá)到己以下搭幾個(gè)煉基本偽的目渠標(biāo)芝[7公]碌：（稍1扣）在毯指定診的溫闖度范登圍內(nèi)頂能夠蹲儲存京和釋起放適縣當(dāng)?shù)尼災(zāi)芰拷^；（雁2斃）能附夠在曬任何戲傳統(tǒng)交的建右筑制懲品中感使用謠；（寒3炕）施寄工人北員在泡傳統(tǒng)殺的結(jié)既構(gòu)上唯能夠蛇方便曾安裝古；（瓜4飛）在飛現(xiàn)有物設(shè)備逗基礎(chǔ)聞上能卸夠進(jìn)光行生您產(chǎn)；博（稍5歪）節(jié)高能所仔獲得爭的經(jīng)梯濟(jì)效銀益高胡于安溉裝嗓、漂使用塞相變邪儲能痛建筑襪材料搜的費(fèi)侍用稍。孝燕買肺穴敞豪豬犯2.宅2向相變轉(zhuǎn)儲能想建筑偵材料瓶的形腫成工存藝遙晝攀釘賺勵(lì)坐餡戲弟連灶才套幻院相變陽儲能軌建筑榆材料代是將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