相变材料与相变储能技术PPT课件
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主要内容
1
概述
2
研究和应用现状
3 相变储能技术的原理和特点
4
相变储能材料
5
结语
.
1
第一节 概 述
热能储存是能源科学技术中的重要分支。在 能量转换和利用的过程中，常常存在供求之间在 时间上和空间上不匹配的矛盾，如电力负荷的峰 谷差，太阳能、风能和海洋能的间隙性，工业窑 炉的间断运行等。由于储能技术可解决能量供求 在时间和空间上不匹配的矛盾，因而是提高能源 利用率的有效手段。
.
6
相变储能材料是基础，因此在相变储能技术 领域，首先是研究和开发相变潜热大，性能稳定 和性价比高的相变材料。其次是应用，主要涉及 储能元件，储能换热器和储能系统的相变传热， 相变材料与换热流体的对流耦合换热，材料的腐 蚀与防护，系统的设计等方面。除了对传统的无 机盐、无机水合盐、有机和金属相变材料进行研 究外，近年来，对新相变储能材料的研制，存在 从无机到有机、从单一成分到复合材料、从宏观 到纳米／微胶囊化的趋势，定形相变材料、相变 材料的微胶囊化、功能储能流体等及其在建筑、 太阳能等领域的应用成为研究的热点。
1989年
Kedl和Stoval第一次研究 制成浸有18烷石蜡的相变墙板。
.
8
1991年 1995年 2000年 2006年
德国利用Na2SO4／SiO2制成高温蓄热砖， 并建立太阳能中央接收塔的储热系统。
Feldman等采用两种方法制备了相变储能 石膏板；日本利用不同含Si量的Al—Si合金 相变储能材料进行工业余热回收应用研究
显然，相变储能(热和冷)技术是以相变储能 材料为基础的高新技术，因为它储能密度大且输 出的温度和能量相当稳定，所以具有显热储能难 于比拟的优点。目前，相变储能技术可作为工业 节能系统和高新技术产品开发的基础，用以满足 人们对系统和产品的特殊性能及成本的要求。它 可以利用电热蓄能(冷和热)来“电力削峰填谷”,
.
2
能量储存的方式包括机械能、电磁能、化学 能和热能储存等。热能储存又包括显热储存和潜 热(相变热)储存，显热储存是利用材料所固有的 热容进行的；潜热储存，或称相变储能，它是利 用被称为相变材料的物质在物态变化(固—液， 固—固或气—液)时，吸收或放出大量潜热而进行 的。由于热能储存在工业和民用中用途广泛，因 此，在储能技术领域占有极其重要的地位。
有机相变材料进行研究，包括测试材料的 热物理性质、化学稳定性及对环保的影响 等 .石蜡现在常被制成各种定形相变材料、 微胶囊材料、复合相变材料等，用于太阳能 蓄能系统、空调系统的蓄能和建筑节能中
863计划研究将金属相变储能锅炉应用于 太阳能热发电
.
11
定形相变储能材料，在相变前后均能维持原 来的形状(固态)，可分为固—固定形相变储能材 料和固—液定形相变储能材料。定形相变材料独 有的性能使其具有广阔的应用前景，在建筑节能 领域用做隔热保温墙体材料。固—固相变材料主 要有高密度聚乙烯和层状钙钛及无机盐类等。 固—液定形相变储能材料实际上是一类复合相变 材料，主要是由两种成分组成：一是工作物质； 二是载体基质。工作物质利用它的固—液相变进 行储能，可以是各类固—液相变材料，如石蜡、 硬脂酸、水合盐、无机盐等。载体基质主要是用
Na2SO4·10H2O等的相图、储存、成核 作用过冷问题、热物性等进行了系统研究。 西藏太阳能研究示范中心和华中师范大学共 同利用西藏盐湖盛产的芒硝、硼砂等无机水
合盐类矿产，加入独创的悬浮剂等成功 研究太阳能高密度储热材料。
.
10
20世纪 90年代初
20世纪 90年代
2008年 开始
对Al—Si合金进行研究和应用，华中 科技大学黄志光等用于聚光式太阳灶。 广州能源研究所和广东工业大学张仁元、 柯秀芳等多年的研究表明，金属具有储能 密度大、储热温度高、热稳定性好、导热 系数高、性价比良好等特点，在中高温 相变储能的应用中具有极大的优势。
.
5
第二节 相变材料和相变储能技术
的研究和应用现状
自20世纪70年代石油危机后，热能储存技术 在工业节能和新能源领域的应用日益受到重视。 由于相变储能元件及其构成的储能式换热器的体 积小，储能密度大和热惯性小，对它的研究和应 用已受到各工业发达国的普遍重视。国际上已召 开了多次有关储能技术研究及应用专题会议，在 新型储能材料及应用技术上亦取得显著的进展。 美、英、法、德、日等国家在储能技术研究及应 用上都制定了长期的发展规划 。
.
7
国外的发展状况：
从20世纪 70年代起
1980年
对传统的无机盐、无机水合盐、金属等 相变材料进行了连续和系统的研究和应用
美国Birchenall等提出采用合金作为相变 材料，提出了三种典型状态平衡图和二元 合金的熔化熵和熔化潜热的计算方法 。
美国的Telkes对Na2S04·10H2O等 水合盐相变材料做了大量研究工作， 并建起了世界第一座PCM被动太阳房。
相变材料(phase change materials，PCM) 或称相变储能材料，它属于能源材料的范畴。广
义来说，是指能被利用其在物态变化时所吸收(放
Байду номын сангаас
.
3
出)的大量热能用于能量储存的材料。狭义来说， 是指那些在固—液相变时，储能密度高，性能稳 定，相变温度适合和性价比优良，能够被用于相 变储能技术的材料。
.
4
也可用于新能源、工业余热利用、新型家用电热 电器的开发及航空航天等领域。
在新能源，如太阳能、风能和海洋能等间歇 性绿色能源利用方面，相变储能技术也具有非常 重要的作用。
我国的能源利用率很低，大约30％以上，与 发达国家的40％～50％相比，还有较大的距离。 我国的环境保护还存在许多问题，因此，研究、 掌握和利用一切可行的高新技术，包括相变储能 技术来提高我国的能源利用率及改善环境。是我 国从事材料与能源工作的科技人员、企事业管理 人员和工人的神圣职责，也是我们研究和应用相 变储能技术的意义。
Neeper对注入了脂肪酸和石蜡相变材料 的石膏墙板的热动态特性进行了测试
Hammou等设计了一个含相变材料的 混合热能储存系统
.
9
国内的发展状况：
从20世纪 70年代末
中国科技大学、华中师范大学、广州能源 研究所等单位就开始了对无机盐、无机 水合盐、金属等相变材料研究的工作。
1978年 开始
葛新石等对相变材料的理论和应用做了详细 的研究工作。阮德水等对典型的无机水合盐
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概述
2
研究和应用现状
3 相变储能技术的原理和特点
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相变储能材料
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结语
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第一节 概 述
热能储存是能源科学技术中的重要分支。在 能量转换和利用的过程中，常常存在供求之间在 时间上和空间上不匹配的矛盾，如电力负荷的峰 谷差，太阳能、风能和海洋能的间隙性，工业窑 炉的间断运行等。由于储能技术可解决能量供求 在时间和空间上不匹配的矛盾，因而是提高能源 利用率的有效手段。
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相变储能材料是基础，因此在相变储能技术 领域，首先是研究和开发相变潜热大，性能稳定 和性价比高的相变材料。其次是应用，主要涉及 储能元件，储能换热器和储能系统的相变传热， 相变材料与换热流体的对流耦合换热，材料的腐 蚀与防护，系统的设计等方面。除了对传统的无 机盐、无机水合盐、有机和金属相变材料进行研 究外，近年来，对新相变储能材料的研制，存在 从无机到有机、从单一成分到复合材料、从宏观 到纳米／微胶囊化的趋势，定形相变材料、相变 材料的微胶囊化、功能储能流体等及其在建筑、 太阳能等领域的应用成为研究的热点。
1989年
Kedl和Stoval第一次研究 制成浸有18烷石蜡的相变墙板。
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1991年 1995年 2000年 2006年
德国利用Na2SO4／SiO2制成高温蓄热砖， 并建立太阳能中央接收塔的储热系统。
Feldman等采用两种方法制备了相变储能 石膏板；日本利用不同含Si量的Al—Si合金 相变储能材料进行工业余热回收应用研究
显然，相变储能(热和冷)技术是以相变储能 材料为基础的高新技术，因为它储能密度大且输 出的温度和能量相当稳定，所以具有显热储能难 于比拟的优点。目前，相变储能技术可作为工业 节能系统和高新技术产品开发的基础，用以满足 人们对系统和产品的特殊性能及成本的要求。它 可以利用电热蓄能(冷和热)来“电力削峰填谷”,
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能量储存的方式包括机械能、电磁能、化学 能和热能储存等。热能储存又包括显热储存和潜 热(相变热)储存，显热储存是利用材料所固有的 热容进行的；潜热储存，或称相变储能，它是利 用被称为相变材料的物质在物态变化(固—液， 固—固或气—液)时，吸收或放出大量潜热而进行 的。由于热能储存在工业和民用中用途广泛，因 此，在储能技术领域占有极其重要的地位。
有机相变材料进行研究，包括测试材料的 热物理性质、化学稳定性及对环保的影响 等 .石蜡现在常被制成各种定形相变材料、 微胶囊材料、复合相变材料等，用于太阳能 蓄能系统、空调系统的蓄能和建筑节能中
863计划研究将金属相变储能锅炉应用于 太阳能热发电
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定形相变储能材料，在相变前后均能维持原 来的形状(固态)，可分为固—固定形相变储能材 料和固—液定形相变储能材料。定形相变材料独 有的性能使其具有广阔的应用前景，在建筑节能 领域用做隔热保温墙体材料。固—固相变材料主 要有高密度聚乙烯和层状钙钛及无机盐类等。 固—液定形相变储能材料实际上是一类复合相变 材料，主要是由两种成分组成：一是工作物质； 二是载体基质。工作物质利用它的固—液相变进 行储能，可以是各类固—液相变材料，如石蜡、 硬脂酸、水合盐、无机盐等。载体基质主要是用
Na2SO4·10H2O等的相图、储存、成核 作用过冷问题、热物性等进行了系统研究。 西藏太阳能研究示范中心和华中师范大学共 同利用西藏盐湖盛产的芒硝、硼砂等无机水
合盐类矿产，加入独创的悬浮剂等成功 研究太阳能高密度储热材料。
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10
20世纪 90年代初
20世纪 90年代
2008年 开始
对Al—Si合金进行研究和应用，华中 科技大学黄志光等用于聚光式太阳灶。 广州能源研究所和广东工业大学张仁元、 柯秀芳等多年的研究表明，金属具有储能 密度大、储热温度高、热稳定性好、导热 系数高、性价比良好等特点，在中高温 相变储能的应用中具有极大的优势。
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第二节 相变材料和相变储能技术
的研究和应用现状
自20世纪70年代石油危机后，热能储存技术 在工业节能和新能源领域的应用日益受到重视。 由于相变储能元件及其构成的储能式换热器的体 积小，储能密度大和热惯性小，对它的研究和应 用已受到各工业发达国的普遍重视。国际上已召 开了多次有关储能技术研究及应用专题会议，在 新型储能材料及应用技术上亦取得显著的进展。 美、英、法、德、日等国家在储能技术研究及应 用上都制定了长期的发展规划 。
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国外的发展状况：
从20世纪 70年代起
1980年
对传统的无机盐、无机水合盐、金属等 相变材料进行了连续和系统的研究和应用
美国Birchenall等提出采用合金作为相变 材料，提出了三种典型状态平衡图和二元 合金的熔化熵和熔化潜热的计算方法 。
美国的Telkes对Na2S04·10H2O等 水合盐相变材料做了大量研究工作， 并建起了世界第一座PCM被动太阳房。
相变材料(phase change materials，PCM) 或称相变储能材料，它属于能源材料的范畴。广
义来说，是指能被利用其在物态变化时所吸收(放
Байду номын сангаас
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出)的大量热能用于能量储存的材料。狭义来说， 是指那些在固—液相变时，储能密度高，性能稳 定，相变温度适合和性价比优良，能够被用于相 变储能技术的材料。
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也可用于新能源、工业余热利用、新型家用电热 电器的开发及航空航天等领域。
在新能源，如太阳能、风能和海洋能等间歇 性绿色能源利用方面，相变储能技术也具有非常 重要的作用。
我国的能源利用率很低，大约30％以上，与 发达国家的40％～50％相比，还有较大的距离。 我国的环境保护还存在许多问题，因此，研究、 掌握和利用一切可行的高新技术，包括相变储能 技术来提高我国的能源利用率及改善环境。是我 国从事材料与能源工作的科技人员、企事业管理 人员和工人的神圣职责，也是我们研究和应用相 变储能技术的意义。
Neeper对注入了脂肪酸和石蜡相变材料 的石膏墙板的热动态特性进行了测试
Hammou等设计了一个含相变材料的 混合热能储存系统
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国内的发展状况：
从20世纪 70年代末
中国科技大学、华中师范大学、广州能源 研究所等单位就开始了对无机盐、无机 水合盐、金属等相变材料研究的工作。
1978年 开始
葛新石等对相变材料的理论和应用做了详细 的研究工作。阮德水等对典型的无机水合盐