第二章 相变储能材料的分类和选择

解决办法：
①加增稠剂，可防止混合物中成分的分离 ②加晶体结构改变剂 ③盛装相变材料的容器采用薄层结构 ④摇晃或搅动。
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2.4.1 固－液相变材料
2、有机类：（石蜡）
高级脂肪烃类 、 脂肪酸、 醇类 多羟基碳酸类、聚烯烃类 、 聚多元醇类
同系有机物的相变温度和相变焓会随着其碳链的增长而增大， 但随着碳链的增长，相变温度的增加值会逐渐减小， 其熔点最终将趋于一定值
实际很少利用 相变过程中气体所占体积太大
2.3 相变储能材料的定义及评价标准
1. 定义
利用某些物质在相转变过程中的吸热和放热，可以进行热 能的储存和温度调节控制，这种具有热能存储和温度调控 功能的物质称为相变材料（Phase change materials, PCMs）
不是所有物质的相变过程都可以用于储能目的，PCMs 能够 “…经受无限制次数的熔化和凝固循环，其物理与化学性质没 有变化”
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2.4.1 固－液相变材料
存在问题： （1）过冷现象：
物质冷凝到“冷凝点”时并不结晶,而须到“冷凝点” 以下的一定温度时方开始结晶。导致物质不能及时发生相 变，从而影响热量的及时释放和利用
产生原因：水合盐结晶时成核性能差
解决办法： ① 加成核剂（如：芒硝，成核剂为硼砂） ② 冷指法：即保留一部分冷区，使未融化 的部分晶体作为成核剂。
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2.4.1 固－液相变材料
存在问题：
（2）相分离： 当温度上升时，释放出来的结晶水的数量
不足以溶解所有的非晶态固体脱水盐，由于密度的差异， 这些未溶脱水盐沉降到容器底部，在逆相变过程中，即 温度下降时，沉降到底部的脱水盐无法与结晶水结合而 不能重新结晶，使得相变过程不可逆，形成相分层，导致 溶解的不均匀性，从而造成储能能力逐渐下降
酯酸类
其它有机类
混合类 有机类与无机类相变材料的混合
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2.4.1 固－液相变材料
1、无机类：结晶水合盐
结晶水合盐提供了熔点从几摄氏度到一百多摄氏 度的可供选择的相变材料
结晶水合盐的通式：AB·mH2O
相变机理：
AB·mH2O
加热（T>Tm) 冷却（T<Tm)
AB + mH2O
AB·mH2O
加热（T>Tm)
第二章 相变储能材料的分类和选择
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2.1 储热的几种方式
显热储能 潜热储能
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显热储能
利用材料的热容，通过升高或降低材料 的温度而实现热量的存储或释放的过程。
热容： 对不发生相变化和化学变化，且非体积功等于零的封闭
系统，系统每升高单位热力学温度（1K）所吸收的热。
平均热容： C Q T2 T1
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如：太阳能热储存方式
水、土壤、砂石及岩石是最为常见的显热储热材 料。
德国汉堡生态村的设计中，采用了一个容量为 4500L的大储水罐作为储存一年四季中采集的太 阳能的储存设备。
美国华盛顿地区利用地下土壤储存太阳能，用于 供暖和提供生活热水。在夏季结束时，土壤温度 可上升至80℃，而在供暖季节结束时，温度降低 为40℃
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2.3 相变储能材料的定义及评价标准
2. 评价标准
（1）热力学标准 熔点，在需要的温度范围内。单位质量潜热大，以便以较
少的数量即能储存给定数量的热能。 密度高，这样盛装的容器会更小。 比热大，以提供额外的显热效果。 热导率大，以便储、放热时储存物质内的温度梯度小。 协调融解，材料应该熔化完全，以使液相和固相在组成上
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显热储能的特点
优点 原理简单、材料来源丰富、成本低廉 系统结构简单、运行方便
缺点 储能密度小、储能装置体积大
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潜热储能
利用物态转变过程中伴随的能量吸收和 释放进行的。 相变潜热：
相变过程中伴有的能量的吸收或释放， 这部分能量称为相变潜热。
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潜热储能的优点
比显热储能高得多的储能密度。
如：水 水在大气压力下，水沸腾其潜热约为2260 kJ/kg， 冰融化其潜热为355 kJ/kg.
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） 融解热较大、密度较大、体积储热密度较大、 一般呈中性
导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的 材料，两侧表面的温差为1度（K，℃）， 在1秒钟内（1S）（ 非1H，1小时内），通 过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米·度 （W/(m·K)，此处为K可用℃代替）。
2.4 相变储能材料的分类
按照相变温度的范围
高温储能材料（250 ℃以上） 中温储能材料（100～250 ℃） 低温储能材料 (100℃以下）
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2.4 相变储能材料的分类
按照材料的组成成分 无机类
相变材料
有机类
结晶水合盐（如Na2SO4·10H2O) 熔融盐 其它无机类相变材料（如水）
金属（包括合金） 石蜡类
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2.3 相变储能材料的定义及评价标准
2. 评价标准
（3） 化学标准
高稳定性。 不发生分解，以使潜热储能材料具有长期的使用寿命。 对构件材料无腐蚀作用。 材料应该无毒性、不燃、无爆炸性。
（4）经济标准
可大量获得。 廉价。
先考虑有合适的相变温度和较大的相变热， 再考虑各种影响研. 究和应用的综合性因素。
冷却（T<Tm)
AB·pH2O +
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(m-p)H2O
2.4.1 固－液相变材料
常用的结晶水合盐
Na2SO4·10H2O (芒硝）（Glauber’s salt) MgCl2⋅6H2O CaCl2⋅6H2O
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2.4.1 固－液相变材料
结晶水合盐的特点
是中、低温储热相变材料中重要的一类
优点：
水在1个大气压力下，从20 ℃加热到40 ℃， 温差为20 ℃的显热仅为84 kJ/kg
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2.2 储能材料的相变形式
（1）Solid
Байду номын сангаас
Solid
融化或熔化
（2）Solid
Liquid
凝固或固化
可行的相变储能方式 材料的体积变化小
（3）Liquid 汽化或蒸发 Gas
液化或凝结
（4）Solid 升华 Gas 凝华 .
完全相同。否则，因液体与固体密度差异发生分离，材料 的化学组成改变。 相变过程的体积变化小，以使盛装容器形状简单。
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2.3 相变储能材料的定义及评价标准
2. 评价标准
（2） 动力学标准 凝固时无过冷现象或过冷度很小。
熔体应该在其热力学凝固点结晶。这可通过高的晶体成核 速度(Nucleation rate)及生长速率来实现，有时也可向储 热材料中加入成核剂或“冷指”(Cold finger)来抑制过冷 现象。