相變儲能材料在建筑節能中的研究

唐濤

摘要：當前人們對物質生活的追求越來越高，為了更好的滿足人們生活、工作、學習等各個方面的需求，適應當前國家對新型材料的發展趨勢，在節約能源、保護環境、降低能耗的大時代背景下，相變儲能材料在建筑節能中的研究受到了企業以及社會各界的廣泛重視，相變儲能材料是通過自身物相變化來實現能量存儲與釋放的材料。本文對相變儲能材料進行了分類，綜述了相變材料在建筑節能中的研究進展，概括了相變材料在建筑室外圍護結構和建筑室內的應用，對相變材料在未來建筑節能中的應用及研究方向進行了展望。

關鍵詞：相變儲能;建筑節能;材料

引言

近些年新材料、新設備的不斷涌現，技術的不斷突破，國家大力提倡使用新型清潔能源，保護環境，而且全球能源危機問題愈加嚴重，提高能量利用效率和開發可再生能源是能源和材料科學領域的重要研究方向之一，除了對風能、太陽能、潮汐能等可再生能源進行研究之外，節能也是解決能源危機的一個重要方式。相變儲能材料能夠在特定條件下儲存能量，在建筑的應用過程中起到了非常大的作用，逐漸成為了未來建筑行業發展的新型材料，為了更好的滿足人們生活、工作、學習等各個方面的需求，人對建筑的功能要求越來越多，建筑節能是一種新型的概念，相變材料的應用不僅可以降低建筑能耗達到節能減排的效果，使人們在建筑的使用過程中能夠更好的滿足需求[1]。

一、相變儲能材料的概況

相變材料又稱為相變儲能材料，其主要的內涵指的是材料自身具有釋放或者吸收能量的一種材料，而對應的相變過程指的是相變材料吸收或釋放大量的潛熱，這種情況絕大多數都是隨著外界的環境變化，使得自身的狀態發生變化產生的，轉變物理性質的一個過程，相變儲能材料有廣義上的概念也有狹義上的概念。廣義上指的是能夠吸收釋放大量熱能來儲存的材料;而狹義上指的是那種特定的具有性能穩定、性價比優良、儲能密度高的那種儲能材料，但是呢兩個概念上共通點是相同的，這些相變材料都有特定的適用范圍。目前相變儲能材料現在被廣泛地應用于航空航天、軍事工程、太陽能利用、建筑節能、工業廢熱回收、電力消峰填谷等領域，應用領域及其廣泛，可見其相變材料的重要性。在建筑中常見的相變儲能材料有很多種，相變儲能材料按照按化學組成分類，則是有機相變儲能材料、無機相變儲能材料以及復合相變儲能材料。相變儲能材料按照相變溫度范圍可以分為低溫儲能材料、中溫儲能材料、高溫相變儲能材料，由于不同的相變儲能材料具有不同的性質，因此溫度劃分的標準不一樣;相變儲能材料按照其狀態不同可以分為固-液相變材料、固-固相變材料、氣-液相變材料、氣-固相變材料;相變儲能材料按所貯存能量的特點，有儲冷材料和儲熱材料;相變儲能材料按貯能的方式的不同，有化學反應儲能、潛熱儲能和顯熱儲能，氣-液相變材料和固-液相變材料中存在大量氣體，在相變過程中會出現體積增加、氣壓增大的現象，相變儲能材料的工作原理是根據環境溫度改變它們的狀態，當溫度產生不同的數值時，可以實現固態與液態之間的轉變來實現能量的吸收、儲存以及釋放[2]。

二、相變儲能材料在建筑節能中的應用研究

相變儲能材料在建筑中的應用自1980年就開始，隨著科學技術的不斷發展，新材料，新工藝的不斷提高使得相變儲能材料在建筑節能中的應用越來越多，在建筑上應用的比例以及范圍越來越多，相變儲能材料在墻板、百葉窗、天花板、混凝土砌塊、石膏墻板等建筑構件中，這些在建筑領域中被廣泛應用。

（一）相變儲能材料在墻體結構中應用

在建筑材料中加入相變材料，可以制作墻體、底板等建筑圍護材料，因此在建筑外圍護結構上，相變儲能材料的應用主要包括石膏板、砂漿、混凝土等，目前相變材料的制備主要是采用有機類相變儲能材料，通過直接加入法、浸滲法或者封裝法制備成新型建材。通常在這類板材中加入多元醇類、脂肪酸類、加脂肪烴等固-液相變材料，這樣這些材料在建筑的使用過程中可以實現熱量的對流、輻射和導熱，相變儲熱建筑圍護材料在新時代的背景下更具有發展前景，用在建筑圍護結構上，通過減少室內溫度的每日波動和降低建筑物的能耗成本，這就降低了能耗，減少了污染環境，節約了能源。每個企業應該大力提倡這種做法，實現經濟的有效提高，而且相變儲能材料也具有其他方面的特征，比如用在大體積混凝土中，可以減少混凝土裂縫的產生，減少水化熱，使得混凝土的質量具有更好的效果，使得建筑物的質量有了很大程度的提高，因此要加強對相變儲能材料的研究，實現建筑材料的變革式發展[3]。

建筑熱傳導的方式主要是導熱、空氣熱對流和熱輻射，石膏板或礦物纖維絕緣材料等輕質建筑材料對目前建筑的發展具有重大意義，目前國家大力提倡裝配式建筑，提倡建筑的工業化、標準化，石膏的微孔結構和加熱脫水的性能使之成為與相變材料復合的良好的基體，使得石膏板的功能性具有多方面的優勢，不僅能夠具有良好的隔音、隔熱、防火、調節濕度的性能，還可以利用白天的溫度進行相變過程吸收潛在熱量并儲存，使得建筑更加節能，提高了墻體的保溫性能和蓄熱性。在混凝土中加入由相變材料制成的新型相變混凝土，可以發揮儲能調溫的優勢，有效彌補普通混凝土的不足，相變砂漿中加入相變材料可以改善砂漿的功能。

（二）相變儲能材料在建筑地板中應用

目前，絕大部分城市都采用集中供暖，同時也存在著低溫輻射地板情況，這種原理可以更好的實現建筑節能，通過太陽能進行能源的收集，然后再通過電能加熱循環水來實現地板的加熱，這種方式可以減少能源的消耗，相變地板由于材料優異的蓄放熱性能，減少了地板內溫度的波動，提高了舒適性，采暖性能比普通地板好同時對人體來說得到了極大的舒適感，蓄熱能力也進一步提升。如圖1所示，為相變材料地板控溫系統。

結術語

綜上所述，對相變儲能材料進行了簡單的敘述，對其分類及其概念有了清晰的認識，同時也闡述了相變儲能材料的優勢，相變儲能材料料在建筑領域的應用前景非常廣闊，要加強相變材料在建筑中的應用，比如石膏板、混凝土、砂漿、通過一些技術手段以及施工工藝使得建筑節能得到更好的發展，降低建筑能耗，不斷適應社會的發展節奏，滿足新時達背景下建筑的發展趨勢，而且在對相變儲能材料進行普及時，要弄清楚節能問題，考慮經濟性、耐久性以及適用性等問題。

參考文獻：

[1]李鵬輝，胡明禹，朱婷婷.相變蓄能采暖地板的熱性能研究[J].建筑節能，2018，46（6）：26-30，128.

[2]胡志德，趙思勰，汪宏濤.復合相變材料在混凝土中的應用研究進展[J].硅酸鹽通報，2018，37（9）：2825-2829.

[3]肖超鵬，陸少鋒，謝艷，等.高分子固-固相變儲能材料的制備與應用[J].印染，2020（3）：5-9.