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： 结晶水合盐（如Na 2 SO 4•10H 2O ）

熔融盐 金属（包括合金）

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相变材

料

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•nH2O。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 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；

（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CnH2nOn，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、热效率高、寿命长等优点而受到人们的重视。具有技术和经济潜力的固一固阳变材料目前有三类，即交联高密度乙烯、层状钙钛矿和多元醇，它们那是通过晶体有序一无序转变而可逆放热、吸热的。

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；

(3)合适的导热性能(导热系数一般宜大)；

(4)在相变过程中不应发生熔析现象，以免导致相变介质化学成

分的变化；

(5)必须在恒定的温度下融化及固化，即必须是可逆相变

生过冷现象(或过冷度很小)，性能稳定；

(6)无毒、对人体无腐蚀；

(7)与容器材料相容，即不腐蚀容器；

(8)不易燃；

(9)较快的结晶速度和晶体生长速度；

(10)低蒸汽压；

(11)体积澎胀牢较小；

(12)密度较大；

(13)原料易购、价格便宜。

相变材料的应用

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。

（1）集中空调的相变储能系统

为厂缓解电网负荷过重，鼓励采用‘削峰填谷”的方法解决电网峰、谷差过大的问题，世界上不少发达国家实行了电价按电网负荷峰谷时间段分计，我国在近期内也即将实行电价分计制。据有关资料介绍，在普通城市中，如果一百家中等规模宾馆楼中集中空调系统采用储冷系统，将空调电力负荷全部或部分从高峰移到低谷，即可使十万户居民在用电高峰时免受拉间限电之苦。

所谓储冷式空调系统，是指在电价低、空调负荷低的时间内贮冷，在电价高、空洞负荷高时释冷，藉以从时间上全部或局部转移制冷负荷的空调系统。蓄冷空调系统可分为制冷剂(冷媒)直接蒸发制冰系统、利用盐水不冻液间接冷却制冰系统，热管式蓄冷系统，冰球式蓄冷系统等。

当然在这些系统设计的过程中也要注意一下经济性、制冷机组的耗电率及其运行工况、冰蓄冷系统控制、蓄冰槽热交换的稳定性、水路系统中的一些问题等。

（2）贮热相变材料在建筑节能中的应用

随着人们生活水平的提高，人们对室内环境的舒适度要求也愈来愈高，相应的建筑能耗(包括空调采吸能耗)也随之增高，造成能源消耗过快，环境污染加剧。怎样在人的舒适度、能耗、环境中找到合理的平衡点已成为建筑设计、建筑节能领域的永恒主题。贮热相变材料与合理利用太阳能的结合提供了一种提高建筑物舒适应、降低能耗和对环境负面影响的有效途径。

太阳能采暖和降温系统由以下几个部分构成：集热部件、贮热部