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

1.1 相变储能材料机理

由于现代建筑的围护结构大部分为轻质材料, 热容小, 造成室内温度昼夜波动较大, 这不仅影响了室内环境的舒适度, 而且也增大了空调的负荷, 加大了能源的消耗。如果把相变蓄能材料加入普通建筑材料中做成建筑物的围护结构, 如储热墙体或储热地板, 就可以制成具有较高热容的轻质建筑材料。在冬季, 白天可以将照在外墙或通过窗户进入室内的太阳能储存在储热材料中, 晚上则由储热材料向室内释放热量, 从而使室内温度波动减小; 在夏季, 可通过相变储热材料的吸热作用, 延缓室温的升高, 增加居住环境的舒适度, 而且也能够降低用于室内空调的能量消耗。

图1 相变材料板材与普通板材随温度变化曲线

Figure.1 Normal phase change material and the sheet with the sheet temperature curve 如图1 所示: A ) 未加相变储能材料板材; B ) 加相变储能材料板材; C ) 天气温度变化曲线。从图1 中可以看出, 当气温较高时, 加相变储能材料的墙体内温度比未加相变储能材料的墙体内温度要低5~ 6 e , 气温较低时, 加相变储能材料的墙体内温度比未加相变储能材料的墙体内温度要高3~ 4 e 。由于相变储能材料具有相变过程中将热量以潜热的形式储存于自身或释放给环境的性能, 因而通过恰当的设计将相变材料引入建筑材料中, 达到储存能量或控制环境温度的目的。

1.2 相变储能材料的分类

相变储能材料的相变形式一般可分为四类：

固—气相变、液—气相变、固—固相变、固—液相变，目前研究与应用最多的仍然是固—液类相变材料，有文献[1]对国际上报道的相变材料进行了归纳总结，但总的来说应用于建筑中的理想的相变储能材料必须满足以下条件：①相变温度接近人体的舒适度16.0～28.0 ℃；②具有足够大的相变焓和热传导性；③相变时膨胀或收缩性要小；④相变的可逆性要好；⑤无毒性、无腐蚀性、无异味、无降解；⑥制作原料廉价易得。表1 为目前建筑方面使用较多的相变材料。

表1 水合盐与有机相变材料

Table.1 Hydrated salts with an organic phase change material