相變儲能建筑材料的應用技術進展分析

■趙宇晗 ■遼寧建筑職業學院，遼寧 遼陽 111000

隨著社會發展以及人們生活水平的提高，越來越重視建筑室內環境舒適程度，但是，現階段，能源利用效率還不是很高，存在一定浪費問題。怎樣更加合理的存儲和利用能源，成為未來發展的重點。相變儲能建筑材料屬于新型建筑材料，具有一定的應用前景。在建筑節能中應用相變儲能材料，能夠達到降耗節能的目的。

1 相變儲能材料基本內涵

1.1 相變儲能建筑材料

相變儲能材料實際上是溫度在一定范圍內，利用建筑材料自身的結構或者相態變化，來激發潛熱性能，在改變環境溫度的時候，從外部環境中釋放和存儲熱量，從而達到保溫作用熱功能復合材料，簡稱為PCM。通過這種材料的相變潛熱性能來達到利用和存儲能量的目的，對于研究和發現節能環保材料具有很大作用，是近幾年和未來能源發展和利用方面的主要方向。

1.2 相變儲能建筑材料特點

依據存儲能量的特點可以分為兩種，儲熱材料和儲冷材料。依據存儲能量的方式可以分為三類:化學反應儲能、顯熱儲能、潛熱儲能。化學反應儲能由于技術比較復雜，因此不是十分適用。顯熱儲能由于具有不停變化的自身溫度，因此，不能合理控制溫度，沒有很大的實際運用價值。但是，潛熱儲能不僅設計靈活、裝置簡單、使用方便以及體積比較小，還具有比較高的儲能密度，能夠充分降低對于建筑的需求，以便于能夠非常靈活的運用。所以，在上述儲能材料中，潛熱儲能擁有很大的發展空間和前景，同時也是最重要和應用最廣泛的材料。

2 相變儲能建筑材料的應用技術

2.1 相變蓄能圍護結構材料制作方法

在建筑施工中應用相變材料，制作成相變儲能維護結構主要包括三種方法:第一，浸泡法。也就是說利用浸泡的方式在建筑基體中融入相變材料，例如，混凝土試塊、石膏墻板等，主要特點就是工藝比較簡單，方便于把傳統材料變為相變材料。第二，直接混合方式。也就是直接混合建筑材料和相變材料，例如，在半流動性硅石細粉中加入相變材料，然后直接混入到建筑材料中，主要特點就是性質均勻，工藝簡單，比較容易形成各種大小和形狀的結構，以便于符合各種需求。第三，摻加能量微球法。也就是說利用納米復合技術或者微膠囊技術來把相變材料變為能量微球，然后在建筑集體中加入能量微球，從而得到相變儲能材料。

(1)建筑保溫隔熱材料中的應用相變儲能材料。依據相變材料的原理，可以把相變材料加入到保溫隔熱材料中，以此形成節能高效的建筑隔熱保溫材料。在1996 年的時候，德國萊比錫材料研究中心的人員在微膠囊中應用相變材料，然后形成微囊型相變材料。在充分分析耐久性，有彈性、下輕質纖維膜材料以及防震性能以后，需要在纖維膜材料中加入微膠囊相變材料，從而可以得到隔熱保溫建筑材料。經過分析和研究以后可以發現，把40g 微膠囊相變材料加入到每平米膜材料以后，綜合保溫性能可以適當的增加四倍左右;在每平米加入90g 以后，能夠增加大約八倍的綜合保溫性能，所以，研究提出，在增加膜材料儲熱能力的時候，使用微膠囊相變材料，可以在一定程度上增加保溫性能，從而起到降低損耗、改變室內建筑環境的目的。美國俄亥俄州戴頓大學在1999 年的時候，成功研制出固液共晶相變材料應用到建筑保溫中，溫度在23.3℃左右。現階段，我國武漢理工大學把少量相變材料運用到隔熱保溫材料中，以此來形成隔熱保溫圍護材料，運用到節能建筑外圍結構上，這種相變材料的運用不僅可以改變材料熱穩定性，增加儲熱能力以及增加熱惰性，還不會在一定程度上影響和改變粘結能力、強度以及耐久性。節能建筑中的高效節能材料對于隔熱性能和保溫性能具有一定要求，想要保障具有一定的儲熱能力和保溫性能的主要關鍵就是在研究中不斷找到雙重作用的經濟、穩定以及可行的平衡點，以此形成的建筑圍護結構能夠充分符合實際需求。

(2)相變儲能混凝土的應用。在大體積混凝土中運用相變材料，能夠得到可以使用在大體積水工混凝土中的相變儲能混凝土。這種材料主要使用的就是等溫相變過程、儲能密度大的相變材料，基本基體為混凝土，加入相變材料的智能混凝土，研究能夠合理調節溫度功能的混凝土。在建筑節能中使用這種相變混凝土材料，相比較普通混凝土來說，具有不可比擬的熱容。相變材料應用到水泥混凝土中，能夠在堿性環境中保持穩定，不會在一定程度上影響耐久性，以此作為外墻體材料，不僅無需在混凝土內部使用相應的冷卻水管來降低溫度，還可以很大程度迅速降低混凝土內部溫度，對于室內穩定溫度具有很大作用，可以適當的簡化工藝和改變熱舒適度，以便于能夠降低造價。

3 未來相變儲能材料發展方向

在以后發展的過程中，相變儲能材料還處于研究和發展階段，今后主要方向發展主要有:第一，進一步選擇一些更具有環保價值的材料，例如能夠再生的衍生物和脂肪酸，發展鋼架可以適應相變焓、相變溫度以及在能夠長期過程中具有穩定化學性質的材料，不斷改變導熱性。第二，發展強化換熱方法，不斷更改換熱器結構，把不同相變溫度的材料布置在熱流導體流動方向。第三，分析相變材料的封裝材料和工藝，增加相變儲能材料的防火性、導熱性以及機械性能。可以適當的結合導熱系數比較高的復合材料，具有越高相變頻率，效果就越好。第四，分析實用性工程，模擬不同情況下墻體實際參數，計算出相應的墻體儲熱效率，從而確保能夠得出不同墻體動態特性找到經濟合理的材料和溫度，有效降低成本，逐漸實現工業化。

4 結束語

總而言之，隨著城市化進程的加快以及全球經濟一體化的發展，人們對環境提出了更高的要求，不僅需要物質文化，還需要精神文化，保證具有一定舒適度。在建筑中最關鍵的就是技能技術，相變儲能材料應用到建筑節能中，能夠起到很好的節能降耗作用，促進社會的發展和進步。

［1］傅浩，歐陽，寧博等.相變儲能建筑材料的最新研究進展［J］.混凝土，2012(1):55-57.

［2］馬烽，王曉燕，李飛等.定形相變儲能建筑材料的制備與熱性能研究［J］.材料工程，2010(6):54-58.

［3］張東，周劍敏，吳科如等.相變儲能建筑材料的分析與研究［J］.新型建筑材料，2011(9):42-44.

［4］周劍敏，張東，吳科如等.建筑節能新技術--相變儲能建筑材料［J］.房材與應用，2012，31(4):10-12.

［5］宋纖纖，陳仕國，劉澤華等.復合相變建筑材料的研究和應用進展［J］.江蘇建材，2011(3):16-19.

［6］張利娟，徐亦冬.節能型相變儲能建筑材料研究的評述［J］.低溫建筑技術，2011，30(5):137-138.