相变储能技术的研究和发展
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ｏ 年 期总 第 。期 ｏ 第 ’ （第。卷 ）
Ｎ ．２ ｎ ２ ０ ｆｏａ ｏ ０ ， １ ５ ｏ１ ｉ ０ ７ ｆ ｔｌ ． ２ Ｖｏ． ） Ｎ ２ ３
建 筑 节 能
■ 产 品 与 材 料
Ｐ Ｒ０ＤＵＣＴ ＆ ＭＡ ＥＲＩ Ｓ ｒ ＡＬ
Ａｂｓ ｒ ｃ ： ｎｅｇ ｔ ｒｇ ｆｐ ａｅｃ ａ ｇ ａｅ ａｓｕ ｅ ｈ ｕ ｌｉｇｆｅｄ ｓｍｏ ｅａ ｄｍ ｏ ｅｖ ｌ ｂｅａ ｄｈ ｓ ｃ ｍ ｅｆｃ ｓａ ｏ ｅ ｔａ ｔ Ｅ ｒｙｓｏａ ｅｏ ｈ ｓ ｈ ｎ ｅｍ ｔｒ ｌ ｓｄｉ ｔｅｂ ｉｄｎ ｉｌｓｉ ｒ ｒ ａｕａ ｌ ａ ｏ ｏ ｕ ｔ ｍ ｉ ｎ ｎ ｎ ｂｅ ｈ
费用 。
迅速兴起， 主要 集 中在 相 变 材 料 的 配制 、 相变 材 料 储
热性 能 测 试 、 相变 建 筑 围护 结 构 、 变 供 暖 空调 系统 相 等方面 。
１ 相 变材料 的种 类与特 点
相 变材 料 的种 类很 多 ，从 材料 的化学组 成 来看 ， 可 分 为无 机相变 材 料 、 有机 相 变材 料和 混合 相 变材 料 三类 。 无机 相变 材料 包括 结 晶水合 盐、 融盐 、 熔 金属 合 金 等无 机 物 。有机 相 变材料 包 括石 蜡 、 酸、 、 羧 酯 多元
２１ 相 变 围护结构 的研 究 与发 展 ．
物 。为 了防止 相分 离 ， 需要加 入防相 分离 剂 。因此 ， 在 实 际应用 中相 变蓄 热材 料通 常 为多 组分 的 ， 括 主蓄 包 热剂 、 变 温 度调 整 剂 、 相 防过冷 剂 、 促进 剂 、 防相 分 离 剂等 。有机 相变 材 料具 有 固体成 型好 、 易发 生相 分 不 离及过 冷现 象 、 腐蚀 性较 小 、 能稳定 等优 点 ， 性 但与 无 机 物相 比， 其导热 性 较差 ， 点较低 ， 变潜 热较 低 且 熔 相 易挥 发 、 易燃烧 、 价格 昂贵 等缺 点 。 固液相 变材 料主 要 优 点 是价 格 便宜 ， 是存 在 过冷 和 相 分 离现 象 ， 而 但 从 导 致蓄 热 性 能恶 化 ： 产 生泄 露 问题 ， 染 环境 ； 易 污 腐蚀 性较 大 ， 封装 容器 价格 高等 缺 点 。与 固液相变 材 料相
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ＬＥ Ｎ Ｃ ｅ， ＡＮＯｕｎｙｎ ４ Ｇ ｈ Ｙ ｎ ａ－／ ｇ
Ｏ 引 言 随着 现代 建筑 向高层 发展 ， 们越 来越 多 地 使用 人 轻质 围护 结构 。但 普通 轻 质建筑 材 料 的热 容 小 ， 导致 室 内温 度波 动 大 ， 适 性 差 ， 时也 增 加 了供 暖 空调 舒 同 系统 的负荷 和 能耗 。为 了减 少 建筑 能耗 ， 高 室 内舒 提 适度 ， 相变 建筑 围护结 构 受到 了人们 的重视 。相变 建 筑 围护 结构 是 把相 变材 料 采 取 不 同的方 式 加 入 到 普 通 建筑 材料 中 ，这 种 结构 可 以降低 室 内温度 波 动 ， 提 高舒 适度 ，使 建筑 供 暖空 调系 统不 用 或者 少用 能 ， 减 小所 需空气 处 理设 备 的容量 ， 同时可 使 空调 或供 暖 系 统 利用 夜 间廉 价 电运 行 ， 降低 空 调 或供 暖系 统 的运 行
相变储 能技术 的研究和发展
梁 辰 ， 闫 全 英
（ 建筑 工程 学院环境与能源学 院建筑热能工程系， 北京 北京 １０４ ） ００４
摘要： 相 变储热技术是利用低 品位能源， 实现建筑节能的重要途径 。相变储能在建筑 节能和 暖通空调领域 中的应用越来越 受到重视， 已成为国际研究的热点。研究 了在储能领域使用较为广泛的相变材料的种类及其特 点。分析 了国内外相变储能理论与技术的
相 变材料 可 以用在 太 阳 能应用 领 域 ， 被 动式 太 阳房 如
的蓄 热墙 或者 蓄热 地 板 ，主动 式太 阳房 中 的蓄热 器 ； 高温 相变材 料 主要用 于工 业余 热利用 。 相 变材 料 储 能 技术 在 建 筑 领 域 的研 究在 国 内外
收稿 日期： ２ ０ ．９０ ０ ７０ ．６修回 日期： ２ ０ ．９ １ ０ ７０ ． １
比， 固相变材 料 具有 不少 优 点 ： 以直 接加 工成 型 ， 固 可
加拿 大 、 国 、 美 日本 、 耳其 、 土 中国 等 国在 相 变 墙 板 方面 作 了较深 入 的研 究 。加拿 大 Ｃ ｎｏｄａ大学 建 ｏｅｒｉ 筑 研 究 中 心 的 Ｆｌｍａ ． ｅ ｎ Ｄ ，Ｈａ ｓＤ． ａｕ Ｄ． ｄ ｗｅ ，Ｂ ｎ Ａｈｅｉｓ Ｋ． 人对 大量 的相 变材 料进 行 了筛 选和 ｔｉ ｔ ｎ ｉＡ． 等 物 性 测试 ，选 择 出几 种 适 合 于 作相 变 墙 板 的相 变 材 料， 如硬脂 酸 丁酯 ［］ １。他们还 对 普通 建筑 材料 对相 变 ， ２ 材料 的吸 收情 况［］ ３， ， 相变 材料 和 建筑 材料 的兼 容性 和 ４ 稳定 性进 行 了研 究 【］ 行 了相 变墙 板火 焰 阻力和 烟 ５； ＇进 ６ 火 生成测试 ｒ 另外 ， 刁 。 他们 还对 相变 墙板 在被 动太 阳房
满足这 些要 求 的相 变材 料并 不多 。 无机 相变 材料 中最 典型 的是 结 晶水合 盐类 ，这 类材 料具 有相 变潜 热 高 、 导热系 数大 、 相变 时体积 变化 小 、 格便 宜等优 点 。 价 但 是， 这类 材 料 易 出现过 冷 和 相 分离 现 象 ， 容 器 腐 蚀 对 性 较大 。过 冷现 象 与材料 性质 、 却速 度及 杂质 种 类 冷
醇 等有 机物 。 合相 变材 料主 要是 有机 和无机 共 融相 混
变 材料 的混 合物 。从蓄 热 的温 度范 围来 看 ， 可分 为 高 温、 中温 和低 温 三类 。高温 相变 材料 主 要是 一些 熔 融 盐、 金属 合 金 ； 中温 相变 材料 主 要是 一些 水合 盐 、 有机 物和 高分 子材料 ； 温相 变材 料 主要是 冰 、 凝胶 。 低 水 从 蓄热 过程 中材料 相态 的变化 方 式来看 ， 又可分 为 固液 相变 、 固固相变 、 固气相 变和 液气相 变 四类 。固液 相变 材料 和 固 固相变 材 料在 蓄能 领域 的研 究 较多 、 展较 发 快。 固液相 变材 料包 括水 合盐 、 石蜡 等 。 固固相变 材料 不 发 生 相态 的转 变 ，而 是相 变 材 料 的 晶型 发生 了变 化 ， 晶型变 化过 程 中有 热量 的吸收和 放 出 。固 固相 在 变 材 料 包括 高 密度 聚 乙烯 、 多元 醇 以及 具 有“ 状 钙 层 钛矿 ” 晶体结 构 的金 属有 机化 合物 。因 为气体 占有 的 体积 大 ， 固气 相 变和 液 气 相 变 体 系 体积 变 化 大 ， 备 设 复杂 ， 济 实 用性 差 ， 以， 管其 相 变 潜 热 较 大 ， 经 所 尽 实
１
相变 材 料根据 其 相变 温度 不 同， 主要 有 四方 面 的 用 途 ： 温相 变 材料 用来 蓄冷 ， 空 调蓄 冷 系统 ； 低 如 室温 相 变材料 可 以用 来增 加 房屋 的热 惰性 ， 降低 房屋 的温 度波 动 ， 从而 降低 空调负 荷 ， 到建 筑节 能 ； ０ ０℃ 达 ５ ￣６
基金项 目： 北京市优秀 ＾ 才培养资助项 目（ ０１ ＯＯ７０４ 口Ｅ ２ ７Ｄ ５ １０２ １ ］京市 ０
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际上一般 很少 用于 蓄能 。
正烷 烃 与脂 肪酸 类 、 多元 醇 类 相 变材 料 混 合 ， 得 一 制
理想 的相 变 蓄热 材料 应具 有 以下特 点 ： 变 温 度 相 合适、 相变 潜 热 高 、 相变 可 逆 性好 、 相变 体积 变 化 小 、
发展现状以及相变材 料在建筑 围护 结构 、 阳房供暖系统 、 太 电热蓄热系统及蓄冷空调 中的应用。展望了相变材料在蓄 能技术方
面的发展前景。
关键词： 相变材料 ； 建筑节能 ； 源自文库能技术
中图 分 类 号 ： Ｔ ９ Ｕ５ ９ 文 献 标 志码 ： Ａ 文 章 编 号 ： １７ —２ ７２ ０ ）２０ ４ —４ ６ ３７３ （０ ７ １—０ １０
廉价 易得 、 组成稳 定 、 安全无 毒 、 腐蚀 性 。 无 然而 ， 同时
定温 度下 的低 共熔 混 合物 ， 而 以更低 的成 本得 到 更 从 有效 的复 合相 变材 料 ； 一种 是将 两种 或三 种 多元 醇 另
按不 同 比例 混 合 ， 成“ 融 合 金 ” 从而 对 相 变温 度 形 共 ，
和 含量有 关 。要 防止 过冷 现象 常选 用过 冷倾 向、 点 熔 比相变 材 料 略高 、组 成 与性 质 接 近相 变 材 料 的 化合
和 相变 焓进 行 调节 ， 发 出具有 合适 的相 变温 度 与相 开 变 焓 的复合 相变材 料 。
２ 相 变蓄能技 术的应 用研 究
相 变 蓄 能 在 暖通 空 调 领 域 的应 用 主 要 分 为两 大 类 ： 把 相变 材 料 与建 筑 围护 结构 相 结 合 ， ① 如相 变 墙 板 、 变天 棚和 相变 地板 ； 相 变供 暖空 调系统 。 相 ②
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迅速兴起， 主要 集 中在 相 变 材 料 的 配制 、 相变 材 料 储
热性 能 测 试 、 相变 建 筑 围护 结 构 、 变 供 暖 空调 系统 相 等方面 。
１ 相 变材料 的种 类与特 点
相 变材 料 的种 类很 多 ，从 材料 的化学组 成 来看 ， 可 分 为无 机相变 材 料 、 有机 相 变材 料和 混合 相 变材 料 三类 。 无机 相变 材料 包括 结 晶水合 盐、 融盐 、 熔 金属 合 金 等无 机 物 。有机 相 变材料 包 括石 蜡 、 酸、 、 羧 酯 多元
２１ 相 变 围护结构 的研 究 与发 展 ．
物 。为 了防止 相分 离 ， 需要加 入防相 分离 剂 。因此 ， 在 实 际应用 中相 变蓄 热材 料通 常 为多 组分 的 ， 括 主蓄 包 热剂 、 变 温 度调 整 剂 、 相 防过冷 剂 、 促进 剂 、 防相 分 离 剂等 。有机 相变 材 料具 有 固体成 型好 、 易发 生相 分 不 离及过 冷现 象 、 腐蚀 性较 小 、 能稳定 等优 点 ， 性 但与 无 机 物相 比， 其导热 性 较差 ， 点较低 ， 变潜 热较 低 且 熔 相 易挥 发 、 易燃烧 、 价格 昂贵 等缺 点 。 固液相 变材 料主 要 优 点 是价 格 便宜 ， 是存 在 过冷 和 相 分 离现 象 ， 而 但 从 导 致蓄 热 性 能恶 化 ： 产 生泄 露 问题 ， 染 环境 ； 易 污 腐蚀 性较 大 ， 封装 容器 价格 高等 缺 点 。与 固液相变 材 料相
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相变储 能技术 的研究和发展
梁 辰 ， 闫 全 英
（ 建筑 工程 学院环境与能源学 院建筑热能工程系， 北京 北京 １０４ ） ００４
摘要： 相 变储热技术是利用低 品位能源， 实现建筑节能的重要途径 。相变储能在建筑 节能和 暖通空调领域 中的应用越来越 受到重视， 已成为国际研究的热点。研究 了在储能领域使用较为广泛的相变材料的种类及其特 点。分析 了国内外相变储能理论与技术的
相 变材料 可 以用在 太 阳 能应用 领 域 ， 被 动式 太 阳房 如
的蓄 热墙 或者 蓄热 地 板 ，主动 式太 阳房 中 的蓄热 器 ； 高温 相变材 料 主要用 于工 业余 热利用 。 相 变材 料 储 能 技术 在 建 筑 领 域 的研 究在 国 内外
收稿 日期： ２ ０ ．９０ ０ ７０ ．６修回 日期： ２ ０ ．９ １ ０ ７０ ． １
比， 固相变材 料 具有 不少 优 点 ： 以直 接加 工成 型 ， 固 可
加拿 大 、 国 、 美 日本 、 耳其 、 土 中国 等 国在 相 变 墙 板 方面 作 了较深 入 的研 究 。加拿 大 Ｃ ｎｏｄａ大学 建 ｏｅｒｉ 筑 研 究 中 心 的 Ｆｌｍａ ． ｅ ｎ Ｄ ，Ｈａ ｓＤ． ａｕ Ｄ． ｄ ｗｅ ，Ｂ ｎ Ａｈｅｉｓ Ｋ． 人对 大量 的相 变材 料进 行 了筛 选和 ｔｉ ｔ ｎ ｉＡ． 等 物 性 测试 ，选 择 出几 种 适 合 于 作相 变 墙 板 的相 变 材 料， 如硬脂 酸 丁酯 ［］ １。他们还 对 普通 建筑 材料 对相 变 ， ２ 材料 的吸 收情 况［］ ３， ， 相变 材料 和 建筑 材料 的兼 容性 和 ４ 稳定 性进 行 了研 究 【］ 行 了相 变墙 板火 焰 阻力和 烟 ５； ＇进 ６ 火 生成测试 ｒ 另外 ， 刁 。 他们 还对 相变 墙板 在被 动太 阳房
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相变 材 料根据 其 相变 温度 不 同， 主要 有 四方 面 的 用 途 ： 温相 变 材料 用来 蓄冷 ， 空 调蓄 冷 系统 ； 低 如 室温 相 变材料 可 以用 来增 加 房屋 的热 惰性 ， 降低 房屋 的温 度波 动 ， 从而 降低 空调负 荷 ， 到建 筑节 能 ； ０ ０℃ 达 ５ ￣６
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正烷 烃 与脂 肪酸 类 、 多元 醇 类 相 变材 料 混 合 ， 得 一 制
理想 的相 变 蓄热 材料 应具 有 以下特 点 ： 变 温 度 相 合适、 相变 潜 热 高 、 相变 可 逆 性好 、 相变 体积 变 化 小 、
发展现状以及相变材 料在建筑 围护 结构 、 阳房供暖系统 、 太 电热蓄热系统及蓄冷空调 中的应用。展望了相变材料在蓄 能技术方
面的发展前景。
关键词： 相变材料 ； 建筑节能 ； 源自文库能技术
中图 分 类 号 ： Ｔ ９ Ｕ５ ９ 文 献 标 志码 ： Ａ 文 章 编 号 ： １７ —２ ７２ ０ ）２０ ４ —４ ６ ３７３ （０ ７ １—０ １０
廉价 易得 、 组成稳 定 、 安全无 毒 、 腐蚀 性 。 无 然而 ， 同时
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按不 同 比例 混 合 ， 成“ 融 合 金 ” 从而 对 相 变温 度 形 共 ，
和 含量有 关 。要 防止 过冷 现象 常选 用过 冷倾 向、 点 熔 比相变 材 料 略高 、组 成 与性 质 接 近相 变 材 料 的 化合
和 相变 焓进 行 调节 ， 发 出具有 合适 的相 变温 度 与相 开 变 焓 的复合 相变材 料 。
２ 相 变蓄能技 术的应 用研 究
相 变 蓄 能 在 暖通 空 调 领 域 的应 用 主 要 分 为两 大 类 ： 把 相变 材 料 与建 筑 围护 结构 相 结 合 ， ① 如相 变 墙 板 、 变天 棚和 相变 地板 ； 相 变供 暖空 调系统 。 相 ②
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