相变材料及其在贮热中的应用_钟学明

相变材料及其在贮热中的应用

钟学明1　肖金辉2　邓安民1　舒红英1

(1南昌航空工业学院环境与化学工程系,江西,南昌,330034

2南昌航空工业学院环境与化学工程系2003届毕业生)

摘　要:相变材料是绿色材料,种类达4300多种,用于贮热具有清洁和节能的特点。本文系统地介绍了相变材料分类及其特点,主要讨论了相变材料在太阳能、电力、工业热能、建筑物、纺织品等工业与民用方面的应用。

关键词:相变材料　贮热　应用

相变材料在特定的温度(相变温度)发生物相变化,材料的分子排列在有序与无序之间迅速转变,伴随吸收或释放热能的现象来贮存或放出热能,进而调整、控制工作源或材料周围环境温度。二十世纪三十年代以来,特别是受二十世纪七十年代世界性能源危机的影响,相变贮热的基础理论和应用技术研究在美国、德国、日本、加拿大等发达国家迅速崛起并且不断发展。能源消耗快速增长以及伴随而来的环境污染,使得相变材料在贮热中的应用,成为近年来受到国内外广泛重视的课题。

1　相变材料的分类和特点

从贮热材料的贮热方式看,可分为显热式贮热和潜热式贮热。所谓显热式贮热,就是通过贮热加热介质,使贮热材料的温度升高吸收热能而贮热,又称为“热容式贮热”。所谓潜热式贮热,就是通过加热贮热介质到相变温度,使贮热材料发生相变吸收大量热能而贮热,又称为“相交式贮热”。物质由固态转变为液态(熔解),由液态转变为气态(气化),或由固态直接转变为气态(升华),都会吸收热能;而进行逆过程时则释放热能。对于固液相变材料而言,当温度升高时,相变材料吸收热能而熔化,贮存热能;反之,当温度降低时,相变材料释放热能而结晶,放出热能。这就是潜热式贮热所依据的基本原理。材料的相变潜热约为其升高1℃热容的100倍。与显热贮热材料相比,相变贮热材料具有贮热密度高、能够在近似恒温下贮存或放出大量热能、贮存或放出热能的过程容易控制等优点。因此,潜热式贮热材料的研究和应用更加广泛。

1.1　相变材料的分类

相变材料的种类很多,存在形式各种各样,迄今为止,人们研究过的天然和合成的相变材料已超过4300多种。从材料的化学组成来看,可分为无机相变材料、有机相变材料和混合相变材料三类。无机相变材料包括结晶水合盐、熔融盐、金属合金等无机物;有机相变材料包括石蜡、羧酸、酯、多元醇等有机物;混合相变材料主要是有机和无机共融相变材料的混合物。从贮热的温度范围来看,可分为高温、中温和低温三类。高温相变材料主要是一些熔融盐、金属

合金;中温相变材料主要是一些水合盐、有机物和高分子材料;低温相变材料主要是冰、水凝胶,应用于贮冷。从贮热过程中材料相态的变化方式来看,又可分为固液相变、固固相变、固气相变和液气相变四类。固液相变材料和固固相变材料两大类研究较多、发展较快。目前,研究和应用最为广泛的是固液相变材料。固液相变材料包括水合盐、石蜡等;固固相变贮热材料并不是发生了相态的变化,而是相变材料的晶型发生了变化,当然在晶型变化过程中也有热量的吸收和放出。固固相变材料包括高密度聚乙烯、多元醇、以及具有“层状钙钛矿”晶体结构的金属有机化合物。因为气体占有的体积大,固气相变和液气相变体系体积变化大,设备复杂,经济实用性差,所以尽管其相变潜热较大,实际上一般很少用于贮存热能。

1.2　相变材料的特点

理想的相变贮热材料应具有以下特点:相变温度合适、相变潜热高、相变可逆性好,相变时体积变化小、廉价易得、组成稳定、安全无毒、无腐蚀性[8]。然而,同时满足这些要求的相变材料并不多。

无机相变材料中最典型的是结晶水合盐类,这类材料具有相变潜热高、导热系数大、相变时体积变化小、价格便宜等优点。但是,这类材料易出现过冷和相分离现象,对容器腐蚀性较大。过冷现象与材料性质、冷却速度及杂质种类和含量有关。要防止过冷现象常选用过冷倾向、熔点比相变材料略高、组成与性质接近相变材料的化合物。为了防止相分离,需要加入防相分离剂。因此,在实际应用中相变贮热材料通常为多组分的,包括主贮热剂、相变温度调整剂、防过冷剂、促进剂、防相分离剂等。

有机相变材料具有固体成型好、不易发生相分离及过冷现象、腐蚀性较小、性能稳定等优点,但与无机物相比,其导热性较差,熔点较低,相变潜热较低且易挥发、易燃烧、价格昂贵等缺点。

固液相变材料主要优点是价格便宜,但是存在过冷和相分离现象,从而导致贮热性能恶化;易产生泄露问题,污染环境;腐蚀性较大,封装容器价格高等缺点。

与固液相变材料相比,固固相变材料具有不少优点。可以直接加工成型,不需容器盛装;固固相变材料膨胀系数较小,相变时体积变化较小;不存在过冷和相分离现象,不需要加入防过冷剂和防相分离剂;毒性很低,腐蚀性很小;无泄露问题,对环境不产生污染;组成稳定,相变可逆性好,使用寿命长;装置简单,使用方便。固固相变材料主要缺点是相变潜热较低,价格较高。

2　相变材料的应用

利用相变材料贮热和放热的特性,可做成各种贮热节能装置和温控系统,并且具有以下优点:装置简单;使用方便;节能效率高;管理和维修简便;经济效益好。相变贮热材料适用于热能的供应与需求之间失衡的各种情形与场合,包括太阳能、电力、工业余热、建筑物、纺织品、太空站、军事等领域,而且已进入实用阶段。目前,相变贮热材料已用于住宅、办公楼和公共活动场所的取温和保温,绿色建筑,电子通讯,计算机,药品和食物贮存。例如,把六水氯化钙

装封制作的坐垫,适用于家庭、办公室、沙发、汽车、火车等。以下主要讨论相变材料在太阳能、电力、工业余热、建筑物、纺织品等工业和民用方面的应用。

2.1　太阳能贮存

太阳能是巨大的清洁能源宝库,并且具有取用方便的优点,利用太阳能是解决能源危机的重要途径。特别是在一些高山地区,太阳辐射强度较大,而且其他能源短缺,充分利用太阳能则更重要。但是,到达地球表面的太阳辐射能量密度却不高,而且受地理、昼夜和季节等规律性变化的影响,以及阴晴云雨等随机因素的制约,其辐射强度也不断发生变化,而且具有稀薄性、非连续性和不稳定性。为了保持供热或供电装置稳定不间断地运行,就需要通过贮热装置把太阳能贮存起来,在太阳能不足时再释放出来,从而满足生产和生活用能连续和稳定供应的需要。几乎所有用于采暖、供应热水、生产过程用热的太阳能装置都需要贮存热能。

贮存太阳能的贮热材料常用相变材料。相变贮热的效率明显高于显热贮热,如某些水合盐的单位贮热量约为水的7倍,卵石的12倍。JohnGipps研究了以硫代硫酸钠(Na2S203·5H20)为相变材料贮存太阳能,其熔点为49℃,贮热容量为20lJ/g;阮德水等人研究了以硫酸钠(Na2S04·10H20)为相变材料贮存太阳能,其熔点为32.4℃,贮热容量为125.6J/g。美国管道系统公司(Pipe System lnc.)以CaCl·6H20作为相变材料贮存太阳能,美国太阳能公司(Solar lnc.)以NaS04·10H20作为相变材料贮存太阳能,都是应用较成功的实例。

住宅采用相变材料,白天贮存太阳热能,夜间向室内供热。这样,可提高夜间最低室温,减少室内温度的波动。1987年11月在河北省安国县设计建造了一座农用太阳能温室,内部设置了采用相变贮热材料制成的潜热贮热增温器。利用相变材料的潜热贮热特性,贮存农用栽培温室中白天过量的太阳能。当夜晚温度下降到一定范围后,释放出白天贮存的热能,使一天之中温室内温度曲线的高峰区有所下降,而低谷区有所上升,昼夜之间的温差变小,以保证冬季蔬菜等作物正常生长,而不需另设常规燃料增温设备,节约了蒸汽锅炉、燃油暖风机等基本建设投资和日常燃料的消耗。结果表明,温室冬季夜间最低温度可以提高6℃,增温效果明显。

2.2　电力调峰

2.2.1　普通电站

电力资源严重短缺,同时电力资源却严重浪费。如我国的葛洲坝水利枢纽工程,其高峰与低谷的发电输出功率分别为220万KW和80万KW,用电低谷发不出的电能只有通过放水解决。若能把这部分能源回收和利用,则可大大缓解能源紧张状况。

对于普通电站,利用相变材料进行电力调峰,就是在发电输出功率处于低谷时,将电能转化为热能并且利用相变材料贮存热能,而在发电输出功率处于高峰时,将相变材料贮存的热能释放出来并加于利用。在电站中采用相变材料贮热技术,可以经济地解决高峰负荷,填平需求低谷,比直接调节机组负荷更方便。对于火力电站可以节约燃料,降低电厂的初期投资和

燃料费用,提高机组的运行效率和改善机组的运行条件,从而提高电厂的运行效益和改善电厂的利用率,降低排气污染,改善环境。

2.2.2　太阳能电站电力调峰

相变材料贮热在太阳能电站的应用,显得尤为重要。利用相变材料贮热和放热的特性,可以做成蓄热器把太阳能暂时贮存起来,然后在需要时释放出来。由于太阳能自身不可避免的非连续性,蓄热器的放热不仅仅是由于高峰负荷的需要,也可由于太阳能的不足(日照少或为零),或兼而有之;蓄热器的贮热不仅仅是由于负荷降低,也可由于太阳能过多(日照过多),或兼而有之。因此,贮热不仅削峰,而且填平了低谷。如果没有贮热装置,太阳能电站将无法稳定连续地供电。

2.2.3　核电站电力调峰

在核电站中,采用相变材料贮热,对高峰负荷采用核电机组与贮能相结合的形式,可以减少单独的高峰负荷机组的需要量,而且还可减少低效率高峰机组使用的优质燃料(如轻油、煤油、天然气等)。采用相变材料贮热,电站可以按基本负荷运行,反应堆的运行最安全和最经济。采用相变材料贮热,燃料的温度变化降到最低限度,对燃料元件的损害就可以降到最小。采用相变材料贮热,才能使得核电站相当大的投资得到充分利用。因此,相变材料贮热在核电站中同样具有很大的实用价值和实际意义。

2.3　工业热能贮存

工业生产消耗的能源约占能源消耗总量的三分之一。冶金工业和化工工业连续地周期性地放废热。采用相变材料回收和再利用这些废热,是一种经济可行的方案。

采用相变材料贮热,贮存回收碱性氧气转炉或电炉的烟气余热以及干法熄焦中的废热,既节约了能源,又减少了空气污染以及冷却、淬火过程中水的消耗量。在造纸和制浆工业中,燃烧废木料的锅炉适应负荷的能力较差,采用相变材料贮热后,可以提高其负荷适应能力。在食品工业的洗涤、蒸煮和杀菌等过程中,由于负荷经常发生波动,采用相变材料贮热后,就能很好地适应这种波动。纺织工业的漂白和染色工艺过程中,也可采用相变材料贮热来满足负荷波动。在采暖系统中,热能的供给应随需求的变化而随时调整,因此贮热的作用显得更加重要。采暖锅炉由于需求的波动导致锅炉启停频繁,在启停过程中的能量损失非常大。采用相变材料贮热后,有效地增加了系统贮热容量,在一定范围内可以满足波动负荷的要求,从而降低锅炉启停的频率,降低能量消耗。总之,采用相变材料贮热后,可避免部分负荷运行情况的发生,提高设备运行效率,而且节约能源。

2.4　建筑物室内温度的控制

2.4.1　室内取暖和保温

利用相变材料作为室内保温暖的装置已进入实用阶段。在有暖气的室内安装相变材料蓄热器后,当通入暖气时,它会把热贮存起来,当停止送暖气时,它会放出热量,维持室内的温度较为恒定。而且,相变材料蓄热器还适用于白天、晚上温差较大或日照较强的地区。将相变材料密封在高密度的聚乙烯管中制成贮热管,与太阳能的利用或工厂的余热相配合,可解决住宅、办公室等室内方的取暖保温问题。例如

美国管道系统公司(Pipe System lnc.)应用CaCl2·6H20作为相变材料制成贮热管,用来贮存太阳能和回收工业余热。该公司称100根长15cm直径9c m的聚乙烯贮热管就能满足一个家庭所有房间的取暖需要。法国ELF—Union 公司采用Na2S04·10H20作相变贮热材料制成贮热装置,每1.7t相变贮热材料可供100m2房间取暖之用。

1996年,德国莱比锡材料研究与测试中心的研究人员将相变材料包裹在微胶囊中,制成微囊型相变材料。然后,将微囊型相变材料掺入纤维膜材中,制成建筑保温材料,取得很好的保温效果。1999年,美国俄亥俄州戴顿大学研制成功用于建筑保温的固液共晶相变材料,其固液共晶温度为23.3℃,有非常好的应用前景。国内掺入建筑材料中的相变材料主要有正十六烷、正十八烷、硬脂酸正丁酯等。

2.4.2　室内温度梯度的调节

在室内,地板的温度与天花板的温度是不相同的。室内温度梯度就是指地板与天花板之间的温差。室内人员的舒适程度与室内温度梯度的大小密切相关。室内温度梯度越大,舒适程度就越差。当室内温度梯度大于5℃时,室内人员将会感到不舒适。如果在室内的地板和天花板使用相变材料,由于相变材料的贮热和放热作用,则可将室内温度梯度降低到小于5℃的舒适状态。对于取暖房,还同时可以起到保温和节能作用,降低供暖的成本。例如,在地板和天花板使用相变材料石蜡来调节室内温度梯度,可取得令人满意的效果。所用石蜡为混合物,在24℃-27℃范围内石蜡熔化吸收热能,在18℃-22℃范围内石蜡固化放出热能。地板和天花板使用相变材料石蜡来调节室内温度梯度的结果见表2。

表2　相变材料石蜡调节室内温度梯度的结果

相变材料的使用情况室内温度梯度℃每小时的热循环次数不使用石蜡6.05

地板使用石蜡4.13

天花板使用石蜡3.84

地板和天花板使用石蜡2.12

2.5　纺织品

人体总是处于与外界环境进行热交换平衡之中。当体表温度在33.4±3.0℃范围之内时,人体感觉舒适;当体表温度在33.4±4. 50℃范围之外时,人体将有冷热感。把相变材料掺入纺织品后,如果外界环境升高,则相变材料熔化而吸收热能,使得体表温度不随外界环境升高而升高;如果外界环境降低,则相变材料固化而放出热能,使得体表温度不随外界环境降低而降低。根据人体的冷热舒适特点,结合气候条件的差异,选择相变温度适当的相变材料,可以为人体有效地提供一个舒适的微气候环境,提高生活质量和工作效率。美国Kansas州立大学的Shim等人研究表明,含相变

材料的纺织品能使人体保持较长时间处于舒适状态。

对以严寒气候,宜选择相变温度为18.3℃-29.4℃的相变材料;对以温暖气候,宜选择相变温度为26.7℃-37.7℃的相变材料;对以炎热气候,宜选择相变温度为32.2℃-43.3℃的相变材料。石蜡类烷烃具有不同的熔点和结晶点,只须改变石蜡中各种烷烃混合比例,就能获得适合不同气候条件的相变材料,而且石蜡还具有稳定、无毒、无腐性、不吸潮等优点。因此,相变材料石蜡类烷烃常用于纺织品。此外,常用于纺织品的相变材料还有聚乙二醇。

3　结论

相变材料是绿色材料,用于贮热具有清洁和节能的特点。人们研究过的相变材料种类很多,已超过4300多种。目前,固液相变材料研究和应用最为广泛,固固相变材料具有独特优点已成为当前研究热点。利用相变材料贮热和放热的特性,可做成贮热节能装置和温控系统,受到国内外广泛关注,在能源、航天、农业、军事、建筑、化工、冶金、纺织、医疗、交通等领域显示出广泛和重要的应用前景。

参考文献(略)

Application of Phase Change Materials in Heat Storage

Zhong Xueming Xiao Jinhui Deng Anmin Shu Hongying

(Dept.of EnvirOnmental and Che mical Engineering,Nanchang Institute

A eronautical Te chnology,Nanchang,Jiangxi,China330034)

A bstract:Phase change materials,over4300,are green materials.It is clean andener gy saving when phase change materials to be used in heat storage.This paperhas introduced the classes and characters of phase Change materials.The applications of phase change materials have been discussed mainly in solar,electric. Keywords:phase Change materials,heat storage,applications

相变储能材料及其应用

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 )、溶 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； -固 3、有机-无机混合物 带有乙酰胺的有机和天机低共熔混合物具有较为优异的特性，而乙酰胺的熔点为80℃，潜热相当大，为251.2KJ/kg，且比较便宜。 此外乙酰胺本身及其与有机酸和盐类的低共熔混合物的化学和动力学性质都很好。乙酰胺的毒性很低。但是乙酰胺对某些塑料具有溶解作用，故在容器选择上应

谨慎小心，最好选用搪瓷或玻璃类容器。此类箱变材料也是在日常生活用品开发中 很有前途的一类。 储热相变材料的遴选原则： 作为贮热(冷)的相变材料，它们灾满足的条件是： (1)合适的相变温度； (2)较大的相变潜热； 储热相变材料的应用涉及面根广，但大致分为以下几个方面：集中空调的相变贮能系统，相变节能建筑材料和构件，相变储热在太阳能领域的应用，热电冷(或热电)联供系统中的相变储能，利出工业废热的相空贮热系统，相变日用品开发。随着相变材料基础和应用研究的不断断深入(包括新的相变材料的涌现)，相变材料应用的 深度和广度都将不断拓展。

相变材料微胶囊在建筑材料中的应用

相变材料微胶囊在建筑材料中的应用相变材料应用于建筑的研究开始于1982年，由美国能源部太阳能公司发起。1988年起由美国能量储存分配办公室推动此项研究。Lane 在其著作《太阳能储存———潜热材料》一书中对20世纪80 年代初以前相变材料和容器的发展作了总结。 20世纪90年代以相变材料处理石膏板、墙板与混凝土构件等建筑材料的技术发展起来了，随后，相变材料在石膏板、墙板与混凝土构件的研究和应用得到了发展，主要目的是增强轻质结构的热容。美国Neeper估计相变墙板能转移居民空调负荷中90%的显热负荷到用电 低谷期，可降低30%的设备容量。Oakbridge 国家实验室在1990年得出结论：在太阳房中，相变墙板能明显降低附加能量的消耗，回报期大约是5年。日本的Kanagawa大学和Tokyo Denki大学的研究人员对相变墙板的储热性能进行了研究。他们得出了相变墙板的使用使得热负荷更加平缓，辐射域更加舒适，用电量下降，有消减峰负荷的可能的结论。 国内对相变建筑材料的研究起步较晚，张寅平研究了无水乙酸钠和尿素的共混物，其相变温度在28～31℃。同济大学则主要以工业级的硬脂酸丁酯为相变材料进行建筑节能混凝土材料的研究。近两年，北京广域相变科技有限公司与国内几家顶尖的专题研究相变材料的高校结合，共同研制相变材料微胶囊，为相变材料在建筑保温材料中的应用开拓了更广阔的天地。 相变材料微胶囊是相变材料装入直径1~500μm的微小容器内

（图一）。微胶囊通常为球形外观，其中，外层的裹附材质我们成为囊壁，囊壁多采用无机或有机高分子材料，在特殊条件下也可以用金属材料，内部的相变材料被称为囊芯。采用微胶囊对相变材料进行封装这一技术，近年来得到了国内外专家们的广泛关注，相变材料做成微胶囊再遇建筑材料掺混有以下优点： 1、可增大相变材料热传递过程中的表面积和传导率。 2、相变过程在微胶囊内完成，可极大的消除“相分离”现象。 3、提高相变材料的稳定性，降低一些相变材料的毒性和挥发 性。 4、提高相变材料的耐久性，增加其使用寿命。 5、相变材料微胶囊便于封装，可满足绿色环保新型材料的要 求。 6、通过选择合适的胶囊囊壁材料，可以避免相变材料与建筑 材料不相容性造成的对建筑材料热性能与承重能力的影 响。 图一

相变材料的储热

相变材料的储热 摘要:热能储存可以通过蓄热材料的冷却、加热、熔化、凝固。气化、化学反应等方式实现。它是一种平衡热能供需和使用的手段。热能储存按储热方式可分为三类，即显热储能、潜热储能和化学反应储热。 关键词：相变;储热;复合材料; 引言：相变材料（PCM）在其本身发生相变的过程中，可以吸收环境的热（冷）量，并在需要时向环境放出热（冷）量，从而达到控制周围环境温度的目的。相变储能技术通过相变材料相变时吸收或放出大量热量以达到能量存储的目的，是常用于缓解能量供求双方在时间、强度及地点上不匹配的有效方式。 正文 一、相变储热材料应用的意义 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。发展热能存储技术尤为重要，热能存储就是把通过一定的方式把占时应用不到应用不完的多余的热和废热存储起来，适时还可以另作他用。该技术在太阳能的利用、电力的“移峰填谷”、气废热和余热的回收利用、工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景，目前已成为世界范围内的研究热点。 二、相变储能材料分类及材料的选择 1、相变储热材料的分类 （1）从材料的化学组成来看，主要分为无机相变材料和有机相变材料。无机相变材料包括结晶水合盐、熔融盐和金属合金等无机物。与无机类相变储能材料相比，有机类相变储能材料具有无过冷及析出，性能稳定，无毒，腐蚀等优点。其中石蜡类相变潜热量大、相变温度范围广、价格低，所以在相变储能材料的研究使用中受到广泛的重视。 但石蜡类相变储能材料热导率较低，也限制了其应用范围。为有效克服石蜡类有机化合物相变储能材料的缺点，同时改善相变材料的应用效果及拓展其应用范围，复合相变储能材料应运而生。复合相变材料由较稳定的有机化合物和具有较高导热系数的无机物颗粒制备而得，因而复合相变材料具有稳定的化学性质，无毒无腐蚀性或毒性和腐蚀性小。同时它的导热能力较有机物有较大的改善。 （2）从蓄热过程中材料相态的变化方式来看，分为固-液相变、固-固相变、固-气相变和液-气相变四类。由于后两种相变方式在相变过程中伴随着大量气体的产生，是材料的体

新型相变贮热材料

新型相变贮热材料 -------------------------------------------------------------------------------- 在太阳能热利用、工业余热回收、采暖及空调领域中，为了调整热能供应与人们需求之间的不一致，热能的贮存是极为关键的一环。目前普遍使用的贮热方式有两大类：显热式贮热和潜热式贮热。所谓显热式贮热，就是通过加热介质，使其温度升高而贮热，它也叫“热容式贮热”。潜热式贮热是利用贮热介质被加热到相变温度时吸收大量相变热而贮热，它也叫“相变式”贮热。物质由固态转变为液态(熔解)，由液态转变为气态(气化)，或由固态直接转变为气态(升华)，都会吸收相变热；而进行逆过程时则释放相变热。这是潜热式贮热所依据的基本原理，在没有专门说明时，“相变式贮热”一般是指固液相变贮热。与显热式贮热相比，潜热式贮热有两大明显优点：贮热密度大，即可以用很小的体积贮存很多的热能；吸热过程和放热过程几乎是在恒温条件下进行，有利于与热源和负载相配合。 传统的相变贮热材料主要有用于常、中温贮热的部分水合盐及某些有机物(石蜡、脂肪酸等)和用于高温贮热的熔盐。水合盐因易于获取、成本较低且贮热密度大而一度被认为是较理想的相变贮热介质，但这种材料有两大缺点：过冷和析晶。前者指相变材料在经历一定次数的相变过程后不能在预定温度下发生相变；后者则指相变材料出现分层现象，导致相变潜热降低。另外，尽管水合盐材料本身费用较低，但为了防止其中水分减少引起相变潜热降低，所用容器必须密封，而且许多水合盐对容器有腐蚀性，这些就大大增加了投资。如在加拿大，CaCl2·6H2O每吨价格只有90美元，而以其作为相变材料制成的贮能模块每吨零售价达3000美元。有机相变材料本身成本虽然较水合盐为高，但它们无过冷现象，比较稳定，对容器要求较低，故贮热器总成本并不高。但有机相变材料的导热系数偏低，为了

相变储能材料和相变储能技术

相变储能材料及其应用 物质从一种状态变到另一种状态叫物质的存在通常认为有三态，(3)(2)液—汽相变；相变。相变的形式有以下四种：(1)固—液相变；固相变。相变过程个伴有能量的吸收或释放，我们就）固-固—汽（4利用相变材料来存可以利用相变过程中有能量的吸收和释放的现象，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结晶水合盐（如 NaSO?10HO）22 4熔融盐 无机物金属（包括合金）其他无机类相变材料（如水） 石蜡 相变材料酯酸类有机物 其他有机 有机类与无机类相变材料的混合混合类

下面我们对相变储能材料进行逐一分析：液相变材料：-、固1．（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?nHO。结晶水合盐通常是中、低2 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CHn表2n+2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CH以上的奇数烷烃和在CH以上的4472016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。 这样就会使石蜡具有较高的相变潜热。 石蜡作为贮热相变材料的优点是：无过冷及析出现象，性能稳定，无毒，无腐浊性，价格便宜。缺点是导热系数小，密度小，单位体积贮

相变储热材料的制备与应用

相变储热材料的制备与应用 摘要：热能储存可以通过蓄热材料的冷却、加热、熔化、凝固。气化、化学反应等方式实现。它是一种平衡热能供需和使用的手段。热能储存按储热方式可分为三类，即显热储能、潜热储能和化学反应储热。 关键词：相变；储热；复合材料 一、相变材料在国内外的发展状况 国外对相变储能材料的研究工作始于20世纪60年代。最早是以节能为目的，从太阳能和风能的利用及废热回收，经过不断的发展，逐渐扩展到化工、航天、电子等领域。近年来最主要的研究和应用集中在建筑物的集中空调、采暖及被动式太阳房等领域。国外研究机构和科研人员对蓄热材料的理论研究工作，尤其是对蓄热材料的组成、蓄热容量随热循环变化情况、相变寿命、储存设备等进行了详细的研究，在实际应用上也取得了很大进展。 相对于已经进入实用阶段的发达国家，我国在20世纪70年代末80年代初才开始对蓄热材料进行研究，所以国内相变储能材料的理论和应用研究还比较薄弱。上世纪90年代中期以来，国内研究重点开始转向有机相变材料和复合定形相变材料的研究开发。 二、相变储热材料的分类 （1）从材料的化学组成来看，主要分为无机类相变材料和有机类相变材料，而在课堂上我们主要讲解的是有机类相变材料。无机相变材料包括结晶水合盐、熔融盐和金属合金等无机物。与无机类相变储能材料相比，有机类相变储能材料具有无过冷及析出，性能稳定，无毒，腐蚀等优点。其中石蜡类相变潜热量大、相变温度范围广、价格低，所以在相变储能材料的研究使用中受到广泛的重视。但石蜡类相变储能材料热导率较低，也限制了其应用范围。为有效克服石蜡类有机化合物相变储能材料的缺点，同时改善相变材料的应用效果及拓展其应用范围，复合相变储能材料应运而生。复合相变材料由较稳定的有机化合物和具有较高导热系数的无机物颗粒制备而得，因而复合相变材料具有稳定的化学性质，无毒无腐蚀性或毒性和腐蚀性小。同时它的导热能力较有机物有较大的改善。 (2)根据使用的温度不同又可以分为高、中、低温相变储热材料。一般使用温度高于100℃的相变储热材料称为高温相变储热材料。以熔融盐、氧化物和金属及其合金为主。使用温度低于100℃为中、低温相变储热材料，这类相变材料以水合盐、石蜡类、脂酸类为主，在低温类中也有利用液-气相变型的，如液氮、氦。 （3）从蓄热过程中材料相态的变化方式来看，可分为固液、固气、液气、固固四种相变。由于固气和液气两种方式相变是有大量气体产生，使材料的体积变的很大，所以实际中很少采用这两种方式。 三、相变材料的分类选择因素 （1）合适相变温度； （2）较大的相变潜热； （3）合适的导热性能；

相变储能材料在建筑方面的研究与应用

相变储能材料在建筑方面的研究与应用 摘要:随着建筑行业的向前发展，当前人们对于居住的要求也变得越来越高，对于居住条件的舒适性、安全性成为居民居住的主要考虑因素。正因如此，智能化、生态化已经成为当前建筑材料发展的趋势。相变储能材料作为传统建筑材料与相变材料复合而成的一中新型材料，由于其具有储能密度大、能够近似恒温下的吸放热而发展迅速。另一方面，相变储能材料的应用可以保持环境舒适，节省采暖制冷所需能源而受到建筑界的欢迎。本文将从多个方面对相变储能材料进行具体的分析，为后期的深入研究奠定基础。 关键词：建筑材料；相变材料；储能技术 Energy storage materials research and application of phase change in architecture Abstract：With forward the construction industry, the current requirement for people to live has become increasingly high, the comfort of living conditions, security has become a major consideration residents. For this reason, intelligent, ecological building materials has become the current trend of development. Phase change material as traditional building materials and phase change materials in a composite made of a new material, because of its large energy density, can be approximated under constant heat absorption and rapid development. On the other hand, application of energy storage phase change material can be kept comfortable, energy-saving heating and cooling needed and welcomed by the construction industry. This article from the multiple aspects of the phase change material specific analysis, to lay the foundation for further research later. Key words:construction materials; phase change material; energy storage technology

相变储热材料的制备与应用

摘要：热能储存可以通过蓄热材料地冷却、加热、熔化、凝固.气化、化学反应等方式实现.它是一种平衡热能供需和使用地手段.热能储存按储热方式可分为三类，即显热储能、潜热储能和化学反应储热. 关键词：相变；储热；复合材料 相变材料在国内外地发展状况 国外对相变储能材料地研究工作始于世纪年代.最早是以节能为目地，从太阳能和风能地利用及废热回收，经过不断地发展，逐渐扩展到化工、航天、电子等领域.近年来最主要地研究和应用集中在建筑物地集中空调、采暖及被动式太阳房等领域.国外研究机构和科研人员对蓄热材料地理论研究工作，尤其是对蓄热材料地组成、蓄热容量随热循环变化情况、相变寿命、储存设备等进行了详细地研究，在实际应用上也取得了很大进展. 相对于已经进入实用阶段地发达国家，我国在世纪年代末年代初才开始对蓄热材料进行研究，所以国内相变储能材料地理论和应用研究还比较薄弱.上世纪年代中期以来，国内研究重点开始转向有机相变材料和复合定形相变材料地研究开发.资料个人收集整理，勿做商业用途 相变储热材料地分类 （）从材料地化学组成来看，主要分为无机类相变材料和有机类相变材料，而在课堂上我们主要讲解地是有机类相变材料.无机相变材料包括结晶水合盐、熔融盐和金属合金等无机物.与无机类相变储能材料相比，有机类相变储能材料具有无过冷及析出，性能稳定，无毒，腐蚀等优点.其中石蜡类相变潜热量大、相变温度范围广、价格低，所以在相变储能材料地研究使用中受到广泛地重视.但石蜡类相变储能材料热导率较低，也限制了其应用范围.为有效克服石蜡类有机化合物相变储能材料地缺点，同时改善相变材料地应用效果及拓展其应用范围，复合相变储能材料应运而生 .复合相变材料由较稳定地有机化合物和具有较高导热系数地无机物颗粒制备而得，因而复合相变材料具有稳定地化学性质，无毒无腐蚀性或毒性和腐蚀性小.同时它地导热能力较有机物有较大地改善.资料个人收集整理，勿做商业用途 ()根据使用地温度不同又可以分为高、中、低温相变储热材料.一般使用温度高于℃地相变储热材料称为高温相变储热材料.以熔融盐、氧化物和金属及其合金为主.使用温度低于℃为中、低温相变储热材料，这类相变材料以水合盐、石蜡类、脂酸类为主，在低温类中也有利用液气相变型地，如液氮、氦.资料个人收集整理，勿做商业用途 （）从蓄热过程中材料相态地变化方式来看，可分为固液、固气、液气、固固四种相变.由于固气和液气两种方式相变是有大量气体产生，使材料地体积变地很大，所以实际中很少采用这两种方式.资料个人收集整理，勿做商业用途 三、相变材料地分类选择因素 （）合适相变温度； （）较大地相变潜热； （）合适地导热性能； （）性能稳定，可反复使用而不发生熔析和副反应； （）相变地可逆性，过冷度要尽量小； （）符合绿色化学要求:无毒、无腐蚀、无污染； （）使用安全、不易燃.易爆或氧化； （）蒸汽压要低使之不易挥发损失； （）材料密度较大，从而确保单位体积储热密度较大； （）体积膨胀较小； （）成本低廉，原料易得. 实用型地相变储热材料需要满足以上各项基本原则，但选用时也可以结合实际地应用情况，

相变储能材料在建筑节能中的应用

相变储能材料及其在建筑节能中的应用摘要：相变材料具有储能密度大、效率高以及近似恒定温度下吸热与放热等优点。将该材料用于墙体天花板和地板，可提高建筑物热容量，从而可以降低室内温度波动，提高舒适度。本文介绍了相变储能材料的机理及其分类，综述了目前国内外相变节能材料的研究进展，分析了相变材料用于建筑上的应用方面，列举了相变材料在示范性建筑中的使用情况，最后提出相变储能材料的不足之处及应用前景。 关键词：建筑节能，相变，蓄能，建筑材料 Phase Change Materials and Its Application in the Construction of Energy-efficient Ji yongyu (Xi'an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055) Abstract: A phase change material having a large energy density, high efficiency, and other advantages approximately constant temperature of the endothermic and exothermic. The materials used for walls ceilings and floors, the building thermal capacity can be increased, which can reduce the indoor temperature fluctuations and improve comfort. This paper describes the mechanism of phase change material and its classification, review the progress of the current domestic and international research phase change energy-saving materials, analysis of phase change materials for applications in buildings, citing the phase change material in an exemplary buildings usage, concludes the phase transition inadequacies energy storage materials and application prospects. Keywords: building energy efficiency, phase transformation, storage, construction materials 0 引言 近年来随着中国的经济快速发展以及人们生活水平的日益提高，人们对室内环境舒适度的要求也越来越高。在影响室内环境舒适度的诸多因素中，室温是一个非常关键的因素，而维持室温在 16.0~28.0°C 是保持室内环境舒适度的关键。为达到这一标准，人们通过利用空调和供暖系统来调节温度，但是相应的会造成能耗大幅度增加和能源消耗过快、环境污染加剧等问题。如何在室内环境舒适度、节能、环保中保持平衡已经成为建筑设计以及节能领域的热点问题 在众多的节能方法中, 近年新出现的相变储能材料, 逐渐走进人们的视野, 成为建筑节能开发的新宠。相变储能材料在很多领域都有应用, 但应用于建材的研究始于1982 年, 由美国能源部太阳能公司发起, 在我国才刚刚起步。相变储能材料的英文全称为Phase Change Material, 简称为PCM。相变储能材料是指随温度变化而改变物理性质并能提供潜热的物质，在一定的温度范围内,利用材料本身相态或结构的变化, 当环境温度升高或降低时, 它可以向环境自动吸收多余热量储存起来或释放储存的热量能起到保温作用。 1 相变储能材料介绍

相变材料

浅谈相变储能材料的热能储存技术及其应用 云南师范大学能环学院再生B班马侯君（12416181） （云南师范大学太阳能研究所 650500） 摘要：由于相变储能材料具有储能密度高、储能放能近似等温、过程易控制等特点，因此，采用相变储能材料的热能储存技术是提高热能转化和回收利用效率的重要途径，也是储存可再生能源的有效方式之一。鉴于可供选用的相变储能材料种类多、相变温度范围大，使其在许多工程应用中具有较大的吸引力，筒要介绍利用相变储能材料的热能储存技术及其在工程中的多种应用。本文对热能存储技术的主要类型和技术原理进行了简要介绍，讨论了建筑采暖系统中热能 存储技术的应用现状及发展的趋势。 关键词：相变储能材料热能储存技术工程应用建筑采暖 1 引言 利用相变储能材料的热能储存技术是协调能源供求矛盾、提高能源利用效率和保护环境的重要技术，也是储存和回收利用短期或长期需求能源的一种有效途径。它在工业与民用建筑的采暖、空调、温室、太阳能热利用、工业生产过程的热能回收和利用等多个领域得到了广泛的应用，并已逐步成为世界范围高度重视的研究领域。特别是随着相变储能材料的基础和应用研究的不断深入，利用相变储能材料的热能储存技术的应用深度和广度都将不断拓展。为此，本文着重介绍相变储能材料及其研究，以及利用各种相变储能材料的热能储存技术在工程中的多种应用。 2 相变储能材料及其研究 相变储能材料的种类 人们对相变储能材料的研究可以追溯到20世纪70年代，近几十年来国内外研究人员对相变储能材料的研究和开发进行了大量的研究工作，取得了一定的研究成果，得到了具有温度变化小、储能密度大、过程易控制并适于利用材料的相变潜热进行热能储存的多种相变储能材料。根据其相变形式可分为固-液相变储能材料、固-固相变储能材料、固-气相变储能材料、液-气相变储能材料4类，虽然固-气相变和液-气相变具有的相变热大，但其体积上的大变化使相变储能系统变得复杂和不实用，因此，后两种相变储能材料在实际应用中很少被选用，应用较多的相变储能材料主要是固-液相变储能材料和固-固相变储能材料两类。 固-液相变储能材料 在固-液相变储能材料中，主要有无机相变储能材料、有机相变储能材料及其共融混合物3类。 (1)无机相变储能材料 无机相变储能材料包括结晶水合盐、熔融盐、金属合金和其它无机物。其中，水合盐是适于温度范围在 0"--150℃的潜热式储存的典型无机相变储能材料，它也是中低温相变储能材料中重要的一类，其优点是价格便宜、单位体积储能密度大、一般呈中性；缺点是过冷度大和易析出分离，需要通过添加成核剂和增稠剂进行处理。常用作相变储能材料的结晶水合盐热物理性能见表1。 表1 常用作相变储能材料的结晶水合盐热物理性能

相变材料应具有以下几个特点

相变材料应具有以下几个特点：凝固熔化温度窄，相变潜热高，导热率高，比热大，凝固时无过冷或过冷度极小，化学性能稳定，室温下蒸汽压低。此外，相变材料还需与建筑材料相容，可被吸收。 3相变储能材料的特点 作为相变材料主要应满足的要求有：合乎需要的相变温度：足够大的相变潜热：性能稳定，可反复使用；相变时的膨胀收缩性小；导热性好，相变速度快；相变可逆性好，原料廉价易得等。绝大多数无机物相变材料具有腐蚀性，相变过程中存在过冷和相分离的缺点。为防止无机物相变材料的腐蚀性。储热系统必须采用不锈钢等特殊材料制造，从而增加了制造成本：为抑制无机物相变材料在相变过程中的过冷和相分离，需通过大量试验研究，寻求好的成核剂和稳定剂。而有机物相变材料则热导率较低。相变过程中的传热性能差，在实际应用中通常采用添加高热导率材料如：铜粉、铝粉或石墨等作为填充物以提高热导率。或采用翅片管换热器，依靠换热面积的增加来提高传热性能，但这些强化传热的方法均未能解决有机相变材料热导率低的本质问题。固一液相变材料主要优点是价格便宜，但是存在过冷和相分离现象，从而导致储能不理想：易产生泄露问题，污染环境；腐蚀性较大，封装容器价格高等缺点。 与固一液相变材料相比，固一固相变材料具有不少优点。可以直接加T成型，不需容器盛装：固一固相变材料膨胀系数较小，相变时体积变化较小：不存在过冷和相分离现象，不需要加入防过冷剂和防相分离剂；毒性很低，腐蚀性很小；无泄露问题，对环境不产生污染；组成稳定，相变可逆性好，使用寿命长：装置简单，使用方便。固一固相变材料主要缺点是相变潜热较低，价格较高。 4 应用展望 相变储能材料的开发已逐步进入实用阶段，主要用于控制反应温度、利用太阳能、储存工业反应中的余热和废热。低温储能主要用于废热回收、太阳能储存及供暖和空调系统。高温储能用于热机、太阳能电站、磁流体发电及人造卫星等方面。此外，固一固相变蓄热材料主要应用在家庭采暖系统中，它与水合盐相比．具有不泄漏、收缩膨胀小、热效率高等优点，能耐3000次以上的冷热循环(相当于使用寿命25年)：把它们注入纺织物，可以制成保温性能好、重量轻的服装：可以用于制作保温时间比普通陶瓷杯长的保温杯：含有这种相变材料的沥青地面或水泥路面，可以防止道路、桥梁结冰。因此，它在工程保温材料、医疗保健产品、航空和航天器材、军事侦察、日常生活用品等方面有广阔的应用前景。今后相变储能材料的发展主要体现在以下几个方面：(a)进一步筛选符合环保的低价的有机相变储能材料，如可再生的脂肪酸及其衍生物。对这类相变材料的深入研究，可以进一步提升相变储能建筑材料的生态意义：(b)开发复合相变储热材料是克服单一无机或有机相变材料不足，提高其应用性能的有效途径；(c)针对相变材料的应用场合，开发出多种复合手段和复合技术，研制出多品种的系列复合相变材料是复合相变材料的发展方向之一：(d)开发多元相变组合材料。在同一蓄热系统中采用相变温度不同的相变材料合理组合，可以显著提高系统效率，并能维持相变过程中相变速率的均匀性。这对于蓄热和放热有严格要求的蓄能系统具有重要意义：(e)进一步关注高温储热和空调储冷。美国NASA Lewis研究中心利用高温相变材料成功的实现了世界上第一套空间太阳能热动力发电系统2kW 电力输出，标志这一重要的空间电力技术进入了新的阶段。太阳能热动力发电技术是一项新技术，是最有前途的能源 解决方案之一，必将极大地推动高温相变储热技术的发展。另外，低温储热技术是当前空调行业研究开发的热点，并将成为重要的节能手段；(f)纳米复合材料领域的不断发展，为制备高性能复合相变储热材料提供了很好的机遇。利用纳米材料的特点制备新型高性能纳米复合

相变储热换热器文献综述

相变储热换热器文献综述 1引言 在工业生产中，为了实现物料之间热量传递过程的一种设备，统称为换热器。它是化工、炼油、动力、原子能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备。对于迅速发展的化工、炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。通常在化工厂得建设中，换热器约占总投资的10~20%。在石油炼厂中，换热器约占全部工艺设备投资的85~40%。 在化工生产中，为了工艺流程的需要，往往进行着各种不同的换热过程：如加热、冷却、蒸发和冷凝等。换热器就是用来进行这些热传递过程的设备，通过这种设备，以便使热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，以满足工艺上的需要。由于使用的条件不同，换热设备又有各种各样的形式和结构。另外，在化工生产中，有时换热器作为一个单独的化工设备，有时则把它作为某一个工艺设备中的组成部分。其他如回收排放出去的高温气体中的废热所用的废热锅炉，有时在生产中也是不可缺少的。总之，换热器在化工生产中的应用是十分广泛的，任何化工生产工艺几乎都离不开它。 2换热器发展历史简要回顾 二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新材料料制成的换热器开始注意。60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热

相变储能材料和相变储能技术

相变储能材料和相变储 能技术 Document number：BGCG-0857-BTDO-0089-2022

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 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

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 H 2n +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C 7H 16以上的奇数烷烃和在C 20H 44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。 这样就会使石蜡具有较高的相变潜热。 石蜡作为贮热相变材料的优点是：无过冷及析出现象，性能稳定，无毒，无腐浊性，价格便宜。缺点是导热系数小，密度小，单位体积贮热能力差。 （3）酯酸类 酯酸类也是一种有机贮热相变材料，其分子通式为CnH 2nOn ，其性能 特点与石蜡相似。 2、固-固相变材料 典型的固一液相变贮热材料是水合盐及其低共熔物，它们虽有不少优点，但通常也有易发生相分层，过冷较严重、贮热性能衰退和容器价格高等缺点，但是固-固相变材料因有较高的固一固转变热、固-固转变不生成液态(故不会泄漏)、转变时体积变化小、过冷程度轻、无腐蚀、

相变储能材料在建筑节能中的应用[1]

相变储能材料在建筑节能中的应用 随着人们生活水平以及对工作与居住环境舒适度要求的提高，空调能耗随之大幅度增高，造成能源消耗过快、环境污染增加、电网负荷峰谷过大、峰负荷时电力供应严重不足等建筑能耗增加的问题，目前欧美发达国家的建筑能耗已达到全社会总能耗的40％，在我国建筑能耗约占全国总能耗的27．8％，随着经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，建筑能耗的比重将进一步增加。因此，建筑节能技术的开发与应用已成为当前建筑和建筑材料领域的热点问题之一。目前广泛应用的外墙外保温和内墙内保温技术虽然可以降低能量的消耗，但由于材料本身的热容量有限，不能充分地将能量进行储存利用，因而限制了建筑节能的能力。 如何在维持可持续发展的前提下，使用最低能耗达到居住环境舒适度最大化？这里就要用到相变储能材料。相变储能材料（Phase Change Materials，PCMs）是在发生相变的过程中，可以吸收环境的热（冷）量，并在需要时向环境释放出热（冷）量，从而达到控制周围环境温度的目的，由于相变物质在其物相变化过程(熔化或凝固)中，可以从环境吸收或放出大量热量，同时保持温度不变，可以多次重复使用等优点，将其应用于建筑节能领域不但可以提高墙体的保温能力，节省采暖能耗，而且可以减小墙体自重，使墙体变薄，增加房屋的有效使用面积，因此可以说，相变储能技术是实现建筑节能的重要途径。相变储能建筑材料是通过向传统建筑材料中加入相变材料制成的具有较高热容的轻质建筑材料，具有较大的潜热储存能力。通过用相变储能建筑材料构筑的建筑围护结构，可以降低室内温度波动，提高舒适度，使建筑供暖或空调不用或者少用能量，提高能源利用效率，并降低能源的运行费用。因而具有广阔的应用前景。 对于相变储能材料，比较系统的科学研究是在第二次世界大战以后展开。美国麻省理工的M.Telkes 和https://www.sodocs.net/doc/109548995.html,ne 等人在相变材料的配制和性能研究、相平衡、结晶、相变传热、相变储能系统设计等方面做了大量工作。20 世纪70 年代初，第一次能源危机爆发，西方发达国家受到巨大冲击，但促进了社会和工程界对相变储能材料和建筑节能技术的重视，相变储能材料的理论和应用研究也得到了长足的进步和发展。目前，相变材料在建筑领域的应用已经成为其最为重要的利用途径之一，它在太阳能系统、工业余热利用、电力调峰、纺织业等都有很广泛的利用。可以预计，在今后相当长的时间里，相变储能建筑材料在环境材料和建筑节能等领域都将扮演极其重要的角色。

铝基合金高温相变储热材料

铝基合金高温相变储热材料 一、研究背景 因使用化石能源造成的温室气体排放和环境污染对人类的生存和发展构成了严重威胁，并且化石能源资源有限，终将可能枯竭，因此开发清洁的可再生能源是全球各国面临的重大挑战．在水能、太阳能、风能、生物质能等可再生能源中，太阳能因其储量的无限性、存在的普遍性、利用的清洁性和开发的经济性[1]成为最重要的可再生能源。太阳能发电模式主要有光伏和光热两种模式，太阳能热发电技术因其供电连续稳定、成本低等优点，将成为未来太阳能发电的主要方式之一。太阳能热发电技术客观上要求发展高效率、低成本的高温潜热能存储技术。 在太阳能热发电技术中，储热技术可在太阳能流高峰时吸热、低谷时放热，能解决太阳能流的不连续性，使塔式、槽式或蝶式发电系统连续稳定的发电，成为太阳能热发电技术的关键。相变储热材料具有相变潜热大、储热密度高、吸放热过程近似等温等优点，是目前最有效的储热方式之一。在120～1 000℃温度区间内基于无机盐和金属合金的相变储热材料有几百种，其中铝合金相变储热材料具有储热密度大、抗高温氧化性强、热稳定性好、导热系数大、过冷度小、相偏析小及性价比高等优点，在太阳能高温热发电技术中有着较好的应用前景。热能存储研究。 二、储热材料概述 材料蓄热的本质在于它可将一定形式的热量在特定的条件下贮存起来，并能在特定的条件下加以释放和利用。因此可以实现能量供应与人们需求一致性的目的，并达到节能降耗的作用。这一本质，也决定了蓄热材料必须具有可逆性好、贮能密度高、可操作性强的特点。 蓄热方式 按蓄热方式划分，蓄热材料一般可分为：显热型、潜热型和化学反应型3大类。在这3大类蓄热材料中，潜热型最具有发展前途，也是目前应用最多和最重要的蓄热方式。 1)显热储热材料 显热储热材料主要有：土壤、地下蓄水层、砖石、水泥及Li20与A1203、Ti02、B203、Zr02等混合高温烧结成型的显热储热材料。它是利用物质本身温度的变化过程来进行热量的储存。由于可采用直接接触式换热，或者流体本身就是储热介质，因而蓄放热过程相对简单，是早期应用较多的储热材料。在所有的储热材料中显热储热技术是最为简单也比较成熟。 由于显热储热材料是依靠储热材料本身的温度变化来进行热量贮存的，放热过程不能恒温，储热密度小，造成储热设备的体积庞大，储热效率不高，而且与周围环境存在温差会造成热量损失，热量不能长期储存，不适合长时间、大容量储热，限制了显热储热材料的进一步发展。

相变材料的应用

随着人们生活水平以及对工作与居住环境舒适度要求的提高，相应地建筑能耗也增加，造成能源消耗过快，环境污染加剧。如何在维持可持续发展的前提下，使用最低能耗达到居住环境舒适度最大化已成为建筑节能领域里研究的热点。通过用相变储能建筑材料（即向普通建筑材料中加入相变材料，制成具有较高热容的轻质建筑材料）构筑的建筑围护结构，可以降低室内温度波动，提高舒适度，使建筑供暖或空调不用或者少用能量，提高能源利用效率，并降低能源的运行费用。 相变材料（简称PCM）是利用相变过程中吸收或释放的热量来进行潜热储能的物质，储热系统按照储热方式不同可以分为显热储热、潜热储热和化学反应储热三类。与显热储能材料相比，PCM具有储能密度大，效率高以及近似恒定温度下吸热与放热等优点，因而可以应用于很多领域，如太阳能利用、废热回收、智能空调建筑物、调温调湿、工程保温材料、医疗保健与纺织行业等方面。但化学反应热蓄热虽然具有储能密度大的特点，但应用技术和工艺太复杂，目前只能在太阳能利用研究领域受重视，离实际的应用还很远，因此PCM成为了热能储存的主要应用方式。 相变材料的蓄热机理与特点 相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。以固－液相变为例，在加热到熔化温度时，就产生从固态到液态的相变，熔化的过程中，相变材料吸收并储存大量的潜热；当相变材料冷却时，储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去，进行从液态到固态的逆相变。在这两种相变过程中，所储存或释放的能量称为相变潜热。物理状态发生变化时，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，形成一个宽的温度平台，虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大。 相变材料的分类相变材料主要包括无机PCM、有机PCM和复合PCM三类。其中，无机类PCM主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等；有机类PCM主要包括石蜡、醋酸和其他有机物；近年来，复合相变储热材料应运而生，它既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺点，又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。因此，研制复合相变储热材料已成为储热材料领域的热点研究课题。但是混合相变材料也可能会带来相变潜热下降，或在长期的相变过程中容易变性等缺点。

相变材料及其在贮热中的应用

相变材料及其在贮热中的应用 钟学明1　肖金辉2　邓安民1　舒红英1 (1南昌航空工业学院环境与化学工程系,江西,南昌,330034 2南昌航空工业学院环境与化学工程系2003届毕业生) 摘　要:相变材料是绿色材料,种类达4300多种,用于贮热具有清洁和节能的特点。本文系统地介绍了相变材料分类及其特点,主要讨论了相变材料在太阳能、电力、工业热能、建筑物、纺织品等工业与民用方面的应用。 关键词:相变材料　贮热　应用 相变材料在特定的温度(相变温度)发生物相变化,材料的分子排列在有序与无序之间迅速转变,伴随吸收或释放热能的现象来贮存或放出热能,进而调整、控制工作源或材料周围环境温度。二十世纪三十年代以来,特别是受二十世纪七十年代世界性能源危机的影响,相变贮热的基础理论和应用技术研究在美国、德国、日本、加拿大等发达国家迅速崛起并且不断发展。能源消耗快速增长以及伴随而来的环境污染,使得相变材料在贮热中的应用,成为近年来受到国内外广泛重视的课题。 1　相变材料的分类和特点 从贮热材料的贮热方式看,可分为显热式贮热和潜热式贮热。所谓显热式贮热,就是通过贮热加热介质,使贮热材料的温度升高吸收热能而贮热,又称为“热容式贮热”。所谓潜热式贮热,就是通过加热贮热介质到相变温度,使贮热材料发生相变吸收大量热能而贮热,又称为“相交式贮热”。物质由固态转变为液态(熔解),由液态转变为气态(气化),或由固态直接转变为气态(升华),都会吸收热能;而进行逆过程时则释放热能。对于固液相变材料而言,当温度升高时,相变材料吸收热能而熔化,贮存热能;反之,当温度降低时,相变材料释放热能而结晶,放出热能。这就是潜热式贮热所依据的基本原理。材料的相变潜热约为其升高1℃热容的100倍。与显热贮热材料相比,相变贮热材料具有贮热密度高、能够在近似恒温下贮存或放出大量热能、贮存或放出热能的过程容易控制等优点。因此,潜热式贮热材料的研究和应用更加广泛。 1.1　相变材料的分类 相变材料的种类很多,存在形式各种各样,迄今为止,人们研究过的天然和合成的相变材料已超过4300多种。从材料的化学组成来看,可分为无机相变材料、有机相变材料和混合相变材料三类。无机相变材料包括结晶水合盐、熔融盐、金属合金等无机物;有机相变材料包括石蜡、羧酸、酯、多元醇等有机物;混合相变材料主要是有机和无机共融相变材料的混合物。从贮热的温度范围来看,可分为高温、中温和低温三类。高温相变材料主要是一些熔融盐、金属