相变材料-徐长伟

相变储能材料的含义相变储能材料的相变机理相变储能材料的分类相变储能材料的制备相变储能材料的应用相变储能材料存在的问题相变储能材料是在某一特定的温度下，能够从一种状态转变到另一种状态的物质，物质的分子迅速由有序向无序的转变（反之亦然），同时伴随着吸热和放热的现象。冰相变材料从液态向固态转变时,要经历物理状态的变化。在这两种相变过程中,材料要从环境中吸热,反之,向环境放热。在物理状态发生变化时可储存或者释放的能量称为相变热,发生相变的温度范围很窄。物理状态发生变化时,材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变。大量相变热转移到环境中,产生了一个宽的温度平台。相变材料的出现,体现了恒温时间的延长,并可与显热和绝缘材料在热循环时,储存或者释放显热。储能材料储能的方式：1.显热储能2.潜热储能3.化学反应储能蓄热的温度范围：1.高温（250℃以上，主要是无机盐）2.中温（100-250℃）3.低温（100℃以下,主要是无机水合盐、高分子、有机物）材料的化学组成：1.无机相变材料2.有机相变材料3.混合相变材料蓄热过程中材料相态：1.固-液相变材料2.固-固相变材料3.固-气相变材料4.液-气相变材料。无机相变材料：碱土金属卤化物、硝酸盐、磷酸盐、碳酸盐及醋酸盐等水合盐醋酸盐类有CH3COONa·3H2O、CHCOONa·2H2O、CH3COOLi·2H2O等；硝酸盐类有Mg(NO3)2·6H2O、Mg(NO3)2·4H2O、Ca(NO3)2·4H2O、Zn(NO3)2·4H2O、Zn(NO3)·6H2O、Zn(NO3)·H2O等；硫酸盐类有Na2SO4·10H2O、FeSO4·7H2O等；磷酸盐类有Na2HPO4·12H2O、K3PO4·7H2O、Na3PO4·H2O等；碳酸盐类有Na2CO3·12H2O等；卤化物类有CaCl·6H2O、KF·4H2O等。有机相变材料：石蜡、脂肪酸、高密度聚乙烯上个世纪80年代美国Dow化学公司对近2万种相变材料进行了测试,结果表明只有1%的相变材料有使用价值,它们是有合适熔点的水合盐以及一些有机相变材料。由于民用建筑对材料的性质与经济因素有严格的限制,适用于储能建材的相变材料就更少了。(1)相变材料的室内设计温度或者供暖、空调系统要求的温度范围内;(2)具有足够大的相变潜热;(3)相变时膨胀或者收缩要小;(4)相变的可逆性要好;(5)无毒性、无腐蚀性;(6)制作原料廉价易得。(1)将几种有机物配合成二元或者多元相变材料,也可以将有机物与无机物复合,从而制得合适相变温度以及相变潜热的相变材料。(2)制备一直保持固体形状的固液相变材料。这类相变材料的主要组成成分有两种:工作物质和载体基质。前者用来储能,主要是固液相变材料;后者可以保持材料的不流动性和可加工性,载体基质的相变温度一般都较高,载体基质不仅要有结构材料的一般特性,还要与相变材料相容、无腐蚀、无化学反应及成本低等。基体材料封装相变材料法基体和相变材料熔融共混法浸渍法将固液态PCM封装技术分散成球形小颗粒，再在表面封装一层性能稳定的壳材，即得到相变材料微胶囊。具有良好的热传导系数，单位质量的相变潜热大，体积膨胀率小，密度大；相变过程可逆性好，相变过程的方向仅以温度决定，不存在过冷和降解现象；无毒、无腐蚀、无泄漏、防火、不污染环境；相变材料经济且原料来源容易；相变过程可靠性好，不会产生降解和变化，使用寿命长，一般要求达到(%年以上；相变温度合适，适合于该地域的气候特征和接近人体的舒适温度；与建筑材料相容，不影响建筑材料的机械性能和强度；蒸汽压力低。相变储能墙板最初是美国20世纪80年代中期开始研究的一种含有相变材料的建筑围护结构材料，根据不同的建材基体可以将其分为三类：一是以石膏板为基材的相变储能石膏板，主要用作外墙的内壁材料，可以减弱建筑物室内温度的波动幅度，保持室内舒适性；二是以混凝土材料为基材的相变储能混凝土，主要用作外墙体材料；三是以保温隔热材料为基材，来制备高效节能型建筑保温隔热材料。相变墙体实验结果表明，PCM壁板的蓄热能力使其能够在采暖或者空调设备关闭之后相当长的一段时间内，将房间温度保持在人体感觉的舒适温度范围，还可以在较短的时间内快速蓄存和释放大量的热量。PCM墙体的热容量是普通墙体的2倍。实验结论相变储能混凝土是以混凝土材料为基体的复合相变材料的智能混凝土。相变储能混凝土应用于建筑节能领域，具有普通混凝土材料所无法比拟的热容，利用它作外墙体材料，将有利于室内温度的稳定，从而改善热舒适性，达到节能的目的。供暖储能系统(1)相变蓄热地板辐射供暖系统(2)带相变蓄热器的空气型太阳能供暖系统空调蓄冷系统(1)利用楼板蓄冷的吊顶空调系统(2)相变蓄冷空调新风机组相变材料在地板中的应用，一般都会结合电加热方式，以组成电加热相变蓄热地板采暖系统。地板采暖使得室内水平温度分布均匀，垂直温度梯度小，不仅符合人体“足暖头凉”的需要，而且采暖能耗较低，接近理想的采暖方式。导热相变材料（电子器件）笔记本恒温垫在服装纺织业中的应用现阶段相变材料的研究困难主要表现在以下三个方面相变储能材料的耐久性，这个问题分为三类。首先，相变储能材料在循环相变过程中热物理性质的退化。其次，相变储能材料从基体材料中泄漏出来，表现为在材料表面结霜。另外，相变储能材料对基体材料的作用，相变储能材料相变过程中产生的应力使得基体材料容易破坏。相变储能材料的经济性问题，是制约其广泛应用于建筑节能领域的障碍，表现为各种相变储能材料及相变储能复合材料价格较高，导致单位热能的存储费用上升，失去了与其他储热方式的比较优势。相变储能材料的储能性能问题，对于相变储能复合材料，为了使储能体更加小巧和轻便，要求相变储能复合材料具有更高的储能性能。目前的相变储能复合材料的储能密度普遍小于120J/g，有学者预测，通过增加相变物质在复合材料中的含量和选择相变焓更高的相变物质，在未来，将有可能将想变储能复合材料的储能密度提高到150—200J/g。