相變材料在建筑節(jié)能及其它領(lǐng)域的研究與應(yīng)用*

肖力光 馮 鑠

(吉林建筑工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130118)

0 引言

全球能源危機(jī)日益加劇，使節(jié)約能源、有效利用能源變得尤為重要.目前，我國(guó)在建筑上消耗的能源已占社會(huì)能源消耗總量的近30%，而且還在以每年1%以上的速度增長(zhǎng)，如果不加以控制，到2020年將可能占據(jù)能源總消耗的40%.因此，研發(fā)與應(yīng)用既能降低建筑能耗，又能提高室內(nèi)環(huán)境熱感舒適度的新型節(jié)能建筑材料已勢(shì)在必行.

相變儲(chǔ)能材料［1］是一種在建筑節(jié)能領(lǐng)域具有良好發(fā)展前景的新型建筑材料.它可以將一定形式的能量在特定的條件下貯存起來(lái)，并在特定的條件下釋放出來(lái)，將室內(nèi)溫度的波動(dòng)幅度收窄，從而有效地降低能源消耗.最早將相變儲(chǔ)能材料應(yīng)用于建材領(lǐng)域的研究始于1982年的美國(guó)能源部太陽(yáng)能公司，1988年，美國(guó)能量?jī)?chǔ)存分配辦公室進(jìn)一步推動(dòng)此項(xiàng)研究［2］.此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用研究大致經(jīng)歷以下3個(gè)階段［3］:

(1)20世紀(jì)90年代前，主要是分析相變物質(zhì)用于建材領(lǐng)域的可行性，篩選適用于建筑體系的相變物質(zhì);

(2)20世紀(jì)90年代，以完善相變物質(zhì)與建筑基材的復(fù)合工藝為主，重點(diǎn)研究相變物質(zhì)與建筑材料的相容性、穩(wěn)定性及使用壽命;

(3)20世紀(jì)90年代后至今，研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到開(kāi)發(fā)新型相變材料和定型技術(shù)，研制實(shí)用化建筑制品，并推動(dòng)其應(yīng)用于工程實(shí)踐.如今，相變儲(chǔ)能材料在太陽(yáng)能利用、廢熱回收、控溫、智能空調(diào)建筑物調(diào)溫和工程保溫隔熱材料等多方領(lǐng)域都有應(yīng)用［4］.

1 相變材料及蓄熱機(jī)理

1.1 相變材料的分類

相變材料(PCM)或稱相變儲(chǔ)能材料［5］，廣義上是指能被利用其在物態(tài)變化時(shí)所吸收(放出)的大量熱量用于能量?jī)?chǔ)存的材料.狹義上是指那些在固－液相變時(shí)，儲(chǔ)能密度高，性能穩(wěn)定，相變溫度適合和性價(jià)比優(yōu)良，能夠被用于相變儲(chǔ)能技術(shù)的材料.相變材料的儲(chǔ)能密度可達(dá)到同等體積顯熱儲(chǔ)存物質(zhì)的5～14倍［6］.按化學(xué)組成，相變材料可分為無(wú)機(jī)相變材料、有機(jī)相變材料和復(fù)合相變材3類［7－8］.其中，無(wú)機(jī)類PCM主要有結(jié)晶水合鹽類、熔融鹽類、金屬或合金類等;有機(jī)類PCM主要包括石蠟、醋酸和其他有機(jī)物;復(fù)合相變儲(chǔ)能材料是無(wú)機(jī)相變材料與有機(jī)相變材料的結(jié)合使用，它既能有效克服單一的無(wú)機(jī)或有機(jī)相變材料存在的缺點(diǎn)，又可以改善相變材料的應(yīng)用效果、拓展其應(yīng)用范圍.按相變方式，相變材料可分為固－固相變、固－液相變、液－氣相變和固－氣相變4類.

1.2 相變材料的蓄熱機(jī)理

相變材料具有在一定溫度范圍內(nèi)改變其物理狀態(tài)的能力.以固－液相變?yōu)槔?，將其加熱至熔化溫度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生從固態(tài)到液態(tài)的相變，在熔化的過(guò)程中，相變材料吸收并儲(chǔ)存大量的潛熱;當(dāng)相變材料冷卻時(shí)，儲(chǔ)存的熱量在一定的溫度范圍內(nèi)會(huì)釋放到周?chē)h(huán)境中，進(jìn)行從液態(tài)到固態(tài)的逆相變.在這兩種相變過(guò)程中，所儲(chǔ)存或釋放的能量稱為相變潛熱.物理狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，材料自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變，形成一個(gè)寬的溫度平臺(tái)，雖然溫度不變，但吸收或釋放的潛熱卻相當(dāng)大.

固－液相變材料的熔化過(guò)程［5］可以通過(guò)自由能差來(lái)表達(dá):

式中，H為焓;Tm為相變溫度(K);S為熵.

如果是平衡的，則 ΔG=0，即:ΔH=TmΔS

從上式可以看出，給定相變溫度Tm，熵的變化越大，相變材料的相變潛熱(ΔH為相變焓差)也就越大.

對(duì)于純物質(zhì)，在處于熱力學(xué)平衡時(shí)，具有如下的性質(zhì):

式中，V和p分別為體積和壓力.如果在熔化期間，壓力保持恒定，那么，對(duì)純(單成分)相變材料而言，就有:

化合物在熔化過(guò)程的熵的變化，可以近似地用組成化合物元素的熵變之和得到.

1.3 相變材料的選擇

用于建筑節(jié)能領(lǐng)域的相變材料應(yīng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)［9］:①熔化潛熱高;②相變過(guò)程可逆性好、膨脹收縮性小、過(guò)冷或過(guò)熱現(xiàn)象少;③有合適的相變溫度，能滿足需要控制的特定溫度;④導(dǎo)熱系數(shù)大，密度大，比熱容大;⑤相變材料無(wú)毒，無(wú)腐蝕性，成本低，制造方便.

2 相變材料在建筑節(jié)能領(lǐng)域的研究與應(yīng)用

相變建筑材料的復(fù)合工藝主要有:①將PCM封裝后(包括容器封裝、微膠囊封裝等)置入建筑材料中;②通過(guò)浸泡將PCM滲入多孔的建材基體(如石膏墻板、水泥混凝土等);③將PCM直接與建筑材料混合;④將有機(jī)PCM乳化后添加到建筑材料中.

相變儲(chǔ)能建筑材料的優(yōu)點(diǎn)是:①相變潛熱大，相變時(shí)溫度基本恒定，具有溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)能力.可降低夏季室內(nèi)最高溫度，提高冬季室內(nèi)最低溫度，減小室內(nèi)空氣溫度波動(dòng)，提高人體舒適度;②可以轉(zhuǎn)移用電高峰時(shí)期的電力負(fù)荷，在電力供需時(shí)間上削峰填谷，緩解建筑物的能量供求在時(shí)間和強(qiáng)度上不匹配的矛盾;③節(jié)約建筑能耗，減少溫室氣體排放;④減小建筑外墻厚度，減輕建筑物自重，節(jié)約建筑材料的使用量;⑤可以吸收部分大體積混凝土水化所放出的熱，減小混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫差應(yīng)力，達(dá)到控制混凝土溫度裂縫的效果［3］.

相變儲(chǔ)能材料作為一種高效的熱能儲(chǔ)存介質(zhì)，在建筑節(jié)能領(lǐng)域中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，并具有顯著的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益.目前，相變材料在建筑節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩大方面［10］:①自動(dòng)式節(jié)能.能量邊儲(chǔ)存邊釋放，充分利用自然界的冷熱源儲(chǔ)存能量，如太陽(yáng)能等;②主動(dòng)式節(jié)能.能量先儲(chǔ)存后釋放，利用人工或自然冷熱源儲(chǔ)存能量;如采用“移峰填谷”的方式，錯(cuò)峰廉價(jià)電能或白天的太陽(yáng)能在白天儲(chǔ)存，夜間需要時(shí)再釋放，以節(jié)省電費(fèi).

2.1 相變材料自動(dòng)式節(jié)能研究與應(yīng)用

2.1.1 PCM 墻體材料

鄧安仲等［11］對(duì)輕質(zhì)相變墻體在被動(dòng)式輕鋼結(jié)構(gòu)房屋中的應(yīng)用效果進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，相變墻體的應(yīng)用，顯著提高了輕質(zhì)結(jié)構(gòu)建筑的蓄熱能力，同時(shí)滿足其結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的要求.而且，相變墻體可有效保持室內(nèi)適宜的溫度環(huán)境，比普通輕鋼結(jié)構(gòu)房夜間室內(nèi)溫度高7℃ ～10℃.李德魁等［12］發(fā)明了一種相變隔熱磚，磚體包括中部相變材料芯層及覆蓋在外部的磚體外圍硬質(zhì)結(jié)構(gòu)保護(hù)層.經(jīng)研究，該相變隔熱磚可以應(yīng)用于建筑墻體，有效改善室內(nèi)的溫度環(huán)境.A.Castell等［13］將相變材料摻入普通磚和泡沫磚中，制成相變磚.然后分別使用相變磚與普通磚建造房子，對(duì)兩種磚表現(xiàn)的熱性能進(jìn)行測(cè)試比較.測(cè)試結(jié)果顯示，相變磚可降低房子室內(nèi)峰值溫度1℃，同時(shí)起到平穩(wěn)日常室內(nèi)溫度波動(dòng)的作用.此外，該相變磚的使用具有顯著的節(jié)能減排效果，經(jīng)計(jì)算，整個(gè)夏季相變磚總共降低了電能消耗量15%，減少二氧化碳排放約(1～1.5)千克/年/平方米.

2.1.2 PCM 建筑板材

Kedl R J等［14］研究將18烷石蠟浸入墻板，制成一種有相變性質(zhì)的墻板，應(yīng)用于被動(dòng)式太陽(yáng)房.A.L.S.Chan［15］將PCM墻板應(yīng)用于一個(gè)模擬住宅的內(nèi)墻，并對(duì)其節(jié)能作用進(jìn)行研究.結(jié)果發(fā)現(xiàn):安裝PCM墻板后，該住宅每年可節(jié)約空調(diào)系統(tǒng)能耗2.9%.Colas Hasse等［16］對(duì)短期蓄熱蜂窩板的熱學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究.他們選擇相變溫度27℃的石蠟為相變材料，將其填充于蜂窩板中，制成一種相變板材.經(jīng)檢測(cè)，在蜂窩板填充相變材料后，蜂窩板的熱傳導(dǎo)性得到增強(qiáng)，而且，所加入的相變材料無(wú)泄漏現(xiàn)象.測(cè)試相變蜂窩板在24h時(shí)間內(nèi)對(duì)溫度變化(從11℃ ～39℃)的響應(yīng)，溫度及熱通量的測(cè)量結(jié)果顯示，相變蜂窩板較普通蜂窩板的熱惰性有明顯提高.See－Hoon Lee［17］檢測(cè)一個(gè)裝有微膠囊相變墻板的實(shí)驗(yàn)房在冬季和夏季氣候條件的性能與節(jié)能特性.墻板中微膠囊相變材料的平均用量為0～4kg/m2，相變材料的相變溫度為23℃，相變潛熱211 J/g.房子的外部溫度人工控制在12℃ ～35℃之間.實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)墻板中微膠囊相變材料的量低于500磅/平方英寸時(shí)，房子具有穩(wěn)定的機(jī)械強(qiáng)度.隨著微膠囊相變材料用量的增加，房間的溫度波動(dòng)幅度降低.安裝相變墻板后，房間內(nèi)的溫度變得相對(duì)穩(wěn)定，溫度變化寬度在人體感到舒適的范圍內(nèi).在節(jié)能效果方面，微膠囊相變材料在墻板中的用量約為3 kg/m2時(shí)墻板的節(jié)能效率最佳.

2.1.3 PCM 建筑涂料

楊韶勇［18］研究利用植物臨界萃取、真空冷凍析層、蒸餾、皂化等新工藝復(fù)合制成一種新型自調(diào)溫相變節(jié)能材料，并嘗試將其涂抹于墻體、頂棚等表面，經(jīng)自然干燥后，形成了無(wú)縫整體密閉的穩(wěn)定絕熱層.此相變材料具有無(wú)毒無(wú)害、綠色環(huán)保、粘結(jié)牢、抗壓抗拉、防水及綜合造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，在建筑節(jié)能領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景.王蕊等［19］研發(fā)了一種玻化微珠相變保溫蓄熱材料，將其涂抹于日光溫室的內(nèi)外墻，測(cè)量溫室涂抹前后的溫度變化，對(duì)比兩者的能耗指標(biāo).結(jié)果表明，這種材料不僅可以減小墻體厚度，而且可降低能耗，同時(shí)滿足室內(nèi)人體舒適度要求.沈志明等［20］以硬脂酸丁酯為相變材料、膨脹珍珠巖為載體，采用減壓吸附法制成定型相變材料，然后摻加脫硫石膏和外加劑配制成一種名為脫硫石膏基的相變砂漿.經(jīng)研究，當(dāng)添加的定型相變材料達(dá)到質(zhì)量15%時(shí)，該相變砂漿的性能最佳.對(duì)比相變砂漿和普通砂漿的降溫曲線發(fā)現(xiàn)，相變砂漿具有溫度調(diào)節(jié)功能，將其投入使用能夠?qū)崿F(xiàn)能源的合理利用.T.Karlessi等［21］將有機(jī)相變材料作為蓄熱材料與涂料結(jié)合，制成相變涂料，就其在城市建筑應(yīng)用的調(diào)溫節(jié)能等效果進(jìn)行研究.經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，該相變涂料的表面溫度低于普通涂料.對(duì)涂料的日常溫度差異分析得到:上午7點(diǎn)至10點(diǎn)，相變涂料與普通涂料的溫差最大.在此段時(shí)間，相變涂料的溫度梯度低于普通涂料.從上午10點(diǎn)至12點(diǎn)，相變涂料與普通涂料的溫度梯度值接近.最后得出結(jié)論，相變涂料能夠提高建筑的熱惰性，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能，保持室內(nèi)環(huán)境的舒適度，將其應(yīng)用于建筑可抵御城市熱島效應(yīng).

2.1.4 PCM 混凝土

通過(guò)在普通混凝土中加入相變材料制成具有較高熱容的建筑結(jié)構(gòu)，可有效解決使用環(huán)境舒適度、節(jié)能與環(huán)境污染等問(wèn)題之間的矛盾.

劉福戰(zhàn)［22］以月桂酸與月桂醇二元低共熔體作為相變材料，選擇膨脹珍珠巖作為載體，利用真空吸附法制備成一種相變材料，將其與普通混凝土配制出建筑節(jié)能用相變儲(chǔ)能混凝土，對(duì)其儲(chǔ)能效果進(jìn)行了測(cè)試.測(cè)試結(jié)果表明，在相變混凝土中，月桂醇、月桂酸二元復(fù)合相變材料起到了延緩混凝土溫度增長(zhǎng)的作用，對(duì)環(huán)境溫度的峰值有明顯的推后作用.此現(xiàn)象說(shuō)明相變混凝土已具有儲(chǔ)能控溫的性能.劉福戰(zhàn)用膨脹珍珠巖吸附石蠟作為相變材料，替代部分普通混凝土細(xì)骨料配制成相變混凝土，對(duì)相變混凝土的力學(xué)性能及熱性能進(jìn)行了測(cè)試［23］.發(fā)現(xiàn)當(dāng)相變材料吸入量不大于100%且替砂率不大于50%時(shí)，相變混凝土的強(qiáng)度較普通混凝土相比降幅不大，且具有較好的儲(chǔ)能控溫效果.

相變材料其他自動(dòng)式節(jié)能應(yīng)用還包括相變天花板［24］、相變地磚［25］、相變地板［26］、相變陽(yáng)臺(tái)欄板等［27］.

2.2 相變材料主動(dòng)式節(jié)能研究與應(yīng)用

2.2.1 PCM用于蓄冷空調(diào)系統(tǒng)

相變蓄冷技術(shù)是利用夜間用電低谷期，采用電動(dòng)制冷機(jī)制冷，利用物質(zhì)潛熱將冷量?jī)?chǔ)存在某種相變材料中，在白天用電高峰時(shí)，將冷量釋放出來(lái)，從而滿足建筑物空調(diào)或生產(chǎn)工藝用冷的需求.

蓄冷空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用相變蓄冷技術(shù)，在夜間進(jìn)行冷量?jī)?chǔ)存，使用電網(wǎng)的基荷電負(fù)荷，從而可以避免常規(guī)空調(diào)在高峰負(fù)荷時(shí)使用峰荷電量.相變蓄冷空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用不能直接增加電網(wǎng)高峰負(fù)荷的電能，但能依靠減少對(duì)電網(wǎng)高峰的用電需求，將高峰用電量轉(zhuǎn)移到低谷用電時(shí)間，從而緩解高峰用電緊張的矛盾［28］;

2.2.2 PCM 用于供熱系統(tǒng)

(1)太陽(yáng)能相變蓄熱系統(tǒng).太陽(yáng)能相變蓄熱系統(tǒng)是以太陽(yáng)能為主要能源，利用低谷電作為輔助熱源，選擇蓄能密度大的相變材料作為蓄熱體，在陽(yáng)光充足的白天，把集熱器收集的太陽(yáng)輻射熱貯存在相變蓄槽中，以供陰雨天、晚間或者其他需要的時(shí)候使用.根據(jù)設(shè)計(jì)的規(guī)模、用途的不同，釋放蓄存的熱能可作為供應(yīng)生活熱水或者采暖之用［29］;

(2)太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng).太陽(yáng)能熱泵是太陽(yáng)能熱利用技術(shù)與熱泵技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，可提高太陽(yáng)能集熱器的效率和熱泵系統(tǒng)的性能［30］.太陽(yáng)能是可再生能源，但存在能流密度低、不均勻性、間歇性等特點(diǎn)，利用相變材料的蓄熱能力將熱量?jī)?chǔ)存在相變蓄熱水箱中，可使太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)保持穩(wěn)定、高效的運(yùn)行狀態(tài).經(jīng)研究，脂肪酸類低共融混合物具有相變溫度低、相變潛熱大、性能穩(wěn)定、無(wú)過(guò)冷度和價(jià)格適中的優(yōu)點(diǎn)，適用于太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)［31］;

(3)電熱相變儲(chǔ)能鍋爐系統(tǒng).電熱相變儲(chǔ)能鍋爐系統(tǒng)通過(guò)定時(shí)和溫控裝置，把谷期的電力轉(zhuǎn)變成熱能在相變儲(chǔ)能元件內(nèi)儲(chǔ)存起來(lái)，用于加熱水和空氣供峰期使用.相變儲(chǔ)能材料具有儲(chǔ)能密度高、儲(chǔ)釋能過(guò)程近似等溫等優(yōu)點(diǎn)，因此，使用其作為介質(zhì)的儲(chǔ)熱設(shè)備要比以水等其他介質(zhì)做成的儲(chǔ)熱設(shè)備具有更大優(yōu)勢(shì).對(duì)200 kW電熱相變儲(chǔ)能鍋爐與普通200 kW電熱熱水鍋爐指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，電熱相變儲(chǔ)能鍋爐每天比電熱熱水儲(chǔ)能鍋爐節(jié)省電費(fèi)909元［32］;

(4)相變自循環(huán)供熱系統(tǒng).相變自循環(huán)供熱系統(tǒng)由熱交換器和裝有相變材料的儲(chǔ)液容器構(gòu)成.其中，應(yīng)用的相變材料為氣液相變材料，儲(chǔ)液容器與外接熱源連接，由外接熱源與相變材料發(fā)生熱交換而使相變材料發(fā)生相變.熱交換器安裝于供熱建筑內(nèi)用于與供熱建筑室內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換.本系統(tǒng)充分利用其它低品位熱源向室內(nèi)供熱，使室內(nèi)溫度保持穩(wěn)定;系統(tǒng)具有無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、損耗小、使用壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和成本低廉的優(yōu)點(diǎn).不但能滿足隨時(shí)供熱的要求，還不受應(yīng)用位置的限制，可以滿足建筑物內(nèi)不同位置的供熱要求［33］.

3 相變材料在其它領(lǐng)域的研究與應(yīng)用

(1)PCM電池.現(xiàn)行電動(dòng)汽車(chē)上用的蓄電池主要是鎳氫電池和鋰離子電池，無(wú)論是哪一種，都有其最佳工作溫度范圍.超過(guò)或低于最佳工作溫度會(huì)使電池的性能和壽命受到影響.因?yàn)橄嘧儾牧暇哂袩峁芾砭鶆蛐院茫到y(tǒng)質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，所以可以利用其作為電動(dòng)汽車(chē)蓄電池的冷卻介質(zhì)，Said Al.Hallaj等［34］通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，PCM在常溫下應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)用蓄電池包熱管理系統(tǒng)的可行性.沈云飛等［35］研究發(fā)現(xiàn)，用PCM結(jié)合發(fā)泡材料可有效改善PCM導(dǎo)熱系數(shù)低的問(wèn)題，應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子蓄電池包熱管理能保證鋰離子電池在適宜溫度下工作，且維持電池間的均勻性;

(2)PCM熱管.熱管是一種在封閉的管殼中充以工作介質(zhì)并利用介質(zhì)的相變吸熱和放熱進(jìn)行熱交換的高效換熱元件.Ying－Che?Weng等［36］就相變熱管在電子冷卻的應(yīng)用進(jìn)行研究.他們?cè)跓峁芙^熱段覆蓋一個(gè)裝有相變材料的存儲(chǔ)容器，存儲(chǔ)容器可根據(jù)蒸發(fā)器熱力和冷凝器風(fēng)扇速度吸熱或放熱.本實(shí)驗(yàn)以3種相變材料、相變材料填充量、風(fēng)扇速度、熱功率為參數(shù)對(duì)相變材料的冷卻性能進(jìn)行研究.結(jié)果顯示，相變熱管具有較好的冷卻性和節(jié)能性.以二十三烷為相變材料的相變熱管可比傳統(tǒng)熱管節(jié)省46%的風(fēng)機(jī)能耗;

(3)PCM蒸發(fā)器與壓力調(diào)節(jié)器.M.Gumus等［37］將相變材料應(yīng)用于以液化石油氣為燃料的汽車(chē)蒸發(fā)器與壓力調(diào)節(jié)器中，通過(guò)相變材料儲(chǔ)存熱能，解決汽車(chē)的冷起動(dòng)耗能與排污問(wèn)題.研究發(fā)現(xiàn)，裝有相變材料的蒸發(fā)器與壓力調(diào)節(jié)器能夠解決汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)問(wèn)題.相變蒸發(fā)器與壓力調(diào)節(jié)器可以在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻15h后立即啟動(dòng)，避免了冷啟動(dòng)能耗，同時(shí)降低了一氧化碳排放量17.32%，碳?xì)浠衔锱欧帕?8.71%;

(4)PCM散熱器.S.C.Fok等［38］以正二十烷為相變材料置入翅片散熱器中，用于冷卻手提式電子設(shè)備.他們就相變材料、翅片數(shù)量、裝置方位以及功率(從3到5瓦)對(duì)散熱器瞬態(tài)熱性能的影響進(jìn)行研究.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該相變翅片散熱器能夠用于冷卻移動(dòng)設(shè)備，其使用效果與相變材料的含量、翅片數(shù)量、熱源的功率，以及裝置的使用模式有關(guān);

(5)射流沖擊及噴霧冷卻用PCM漿體.W.Wu等［39］使用聚合物膠囊封裝粒徑為100 nm的石蠟顆粒，以防止石蠟的泄漏與結(jié)塊，制成一種石蠟?zāi)z囊，加水后形成一種納米膠囊相變漿體.經(jīng)研究，應(yīng)用此漿體，可增強(qiáng)射流沖擊及噴霧冷卻的傳熱性能.其中，石蠟納米粒子的體積分?jǐn)?shù)對(duì)相變漿體的降壓與傳熱起到重要的作用.與堿溶液相比，顆粒體積分?jǐn)?shù)為28%的相變漿體可分別提高射流沖擊冷卻及噴霧冷卻傳熱系數(shù)50%和70%;

(6)PCM服飾.相變材料在相變時(shí)吸收和釋放潛熱，可用于制作控溫服飾.Gao Chuansi等［40］在一個(gè)人工氣候室使用衣著相變服飾的人體模型，研究相變服飾冷卻速率與溫度梯度、相變材料質(zhì)量和覆蓋面積的關(guān)系.研究結(jié)果表明，相變衣服的冷卻速度與溫度梯度相關(guān)，當(dāng)在炎熱的氣候下使用該相變衣服，溫度梯度需高于6℃.在溫度梯度相同的情況下，冷卻速率主要取決于覆蓋面積.此外，相變材料的質(zhì)量和相變潛熱決定了相變衣服冷卻效果的持續(xù)時(shí)間.Cardoso Isabel等［41］將一種具有阻燃作用的相變微膠囊材料應(yīng)用于服裝的內(nèi)襯，使相變服飾增加了阻燃功能;

(7)PCM電子器件冷卻系統(tǒng).相變材料的固液相變具有較高的相變潛熱且相變體積變化小，可以廣泛應(yīng)用于間歇性工作的電子器件溫控中.經(jīng)研究，將石蠟應(yīng)用于體積和功率較小的電子器件冷卻系統(tǒng)中已經(jīng)取得了良好的溫控效果［42］;

(8)PCM潛熱輸送系統(tǒng)(LHT).潛熱輸送系統(tǒng)(LHT)是一種熱量回收與輸送系統(tǒng).Takahiro Nomura等［43］研究以固固相變溫度293℃，熔點(diǎn)320℃的NaOH為相變材料，回收煉鋼廠溫度高于300℃的余熱，將熱能向化工廠輸送，供給蒸餾塔蒸餾苯，甲苯，二甲苯(苯).經(jīng)評(píng)估，LHT系統(tǒng)的蓄熱密度是感熱輸送系統(tǒng)(SHT)的2.76倍;該系統(tǒng)的能量要求、火用損失以及CO2排放量?jī)H為無(wú)熱回收能力的普通系統(tǒng)的8.6%，37.9%，17.5%.

4 結(jié)語(yǔ)

從可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略出發(fā)，研究如何在滿足使用者舒適度的前提下，盡可能地提高建筑物對(duì)能源的有效利用率，對(duì)于當(dāng)前的能源形勢(shì)具有重大的意義.隨著人們對(duì)節(jié)能問(wèn)題的日益重視，環(huán)境保護(hù)意識(shí)的逐步增強(qiáng)，相變儲(chǔ)能材料必將在今后的建筑節(jié)能及其他領(lǐng)域大有用處，其應(yīng)用前景也會(huì)越來(lái)越廣闊.

［1］王沁芳，張朝輝，楊江金.相變儲(chǔ)能材料在節(jié)能建筑中的應(yīng)用［J］.建筑應(yīng)用，2009(1):43－45.

［2］馬芳梅.相變物質(zhì)儲(chǔ)能建筑材料性質(zhì)研究的進(jìn)展［J］.新型建筑材料，1997(8):40－42.

［3］王毅堅(jiān).相變蓄能材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用［J］.化學(xué)建材，2009(5):25－27.

［4］陶雅各.相變儲(chǔ)能技術(shù)在建筑中的應(yīng)用［J］.建設(shè)科技，2007(6):98－99.

［5］張仁元等.相變材料與相變儲(chǔ)能技術(shù)［M］.北京:科學(xué)出版社，2009(1):1－12.

［6］Sharma A，Tyagi V V，Chen C R，et al.Review on thermal energy storage with phase change materials and applications［J］.Renewable Sustainable Energy Rev，2009，13(2):318.

［7］王建昌，方利國(guó)，柳 思.相變材料在建筑節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用［J］.建筑節(jié)能，2011(4):38－41.

［8］XIAO Liguang.A New Kind of Shape － stabilized Phase Change Materials［J］.Journal of wuhan University of Technology － Mater.Sci.Ed，2011，26(3):491－494.

［9］MOHAMMED M F，AMAR M K，SIDDIQUE A R，et al.A review on phase change energy storage materials and applications［J］.Energy Conversion and Management，2004，45(9 －10):1603 －1608.

［10］C.Murise，P.W.Egolf，D.Vuarnoz，P.Haas.Lowering and phase shifting of temperature profiles with phase change materials in Minergie houses［J］.International journal of refrigeration，2010(33):1670 －1675.

［11］鄧安仲，莊春龍，李勝波，沈小東，張 雄.相變墻體應(yīng)用于輕鋼結(jié)構(gòu)太陽(yáng)房的研究［J］.太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2011(2):160－164.

［12］李德魁.一種相變隔熱磚及其制造方法:中國(guó)，101942879A［P］.2011 －01 －12.

［13］A.Castell，I.Martorell，M.Medrano，G.Pe rez，L.F.Cabeza.Experimental study of using PCM in brick constructive solutions for passive cooling［J］.Energy and Buildings，2010(42):534 － 540.

［14］Kedl R J，Studies T K.Activities in Support of the Wax2impregnated Wallboard Concept［C］//U.S.Department of Energy:Thermal Energy Storage Research Review，New Orleans，Louisiana，USA，1999(2):34 －98.

［15］A.L.S.Chan..Energy and environmental performance of building faades integrated with phase change material in subtropical Hong Kong［J］.Energy and Buildings，2011(43):2947 － 2955.

［16］Colas Hasse，Manuel Grenet，André Bontemps，Rémy Dendievel，Hébert Sallé，Realization，test and modelling of honeycomb wallboards containing a Phase Change Material［J］.Energy and Buildings，2011(43):232 － 238.

［17］See－Hoon Lee，Sang－Jun Yoon，Young－Gu Kim，and Jae－Goo Lee.The utilization of microencapsulated phase change material wallboards for energy saving［J］.Korean J.Chem.Eng.2011，28(11):2206 － 2210.

［18］楊韶勇.SY自調(diào)溫相變節(jié)能材料在建筑工程中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2011(10):114－116.

［19］王 蕊，姚 軒，李 珠.?；⒅橄嘧儽匦顭岵牧显谌展鉁厥抑械膽?yīng)用及其能耗分析［J/OL］.China academic journal electronic publishing house.http://www.cnki.net.

［20］沈志明，李 晴，鐘 遠(yuǎn).脫硫石膏基相變砂漿的制備研究［J］.現(xiàn)代化工，2011(4):53－58.

［21］T.Karless，M.Santamouris，A.Synnefa，D.Assimakopoulos，P.Didaskalopoulos，K.Apostolakis.Development and testing of PCM doped cool colored coatings to mitigate urban heat island and cool buildings［J］.Group Building Environmental Studies，National and Kapodistrian University of Athens，Section of Applied Physics，Physics Department，Building of Physics－5，University Campus，157 84 Athens，Greece，Colors Chemical Industry，Athens，Greece.2010(9):226 －247.

［22］劉福戰(zhàn).建筑節(jié)能用相變儲(chǔ)能混凝土的研制［J］.商品混凝土，2011(7):38－40.

［23］劉福戰(zhàn)，王 宇.建筑節(jié)能用相變混凝土的試驗(yàn)研究［J］.粉煤灰綜合利用，2011(2):32－35.

［24］UStriti，V.Butala.Experimental investigation of energy saving in buildings with PCM cold storage［J］.International journal of refrigeration，2010(33):1676－1683.

［25］Isabel Cerón，Javier Neila，Mohamed Khayet.Experimental tile with phase change materials(PCM)for building use［J］.Energy and Buildings，2011(43):1869－1874.

［26］Roberta Ansuini，Roberto Larghetti，Alberto Giretti，Massimo Lemma.Radiant floors integrated with PCM for indoor temperature control［J］.Department of Civil and Building Engineering and Architecture(DICEA)，Università Politecnica delle Marche(UNIVPM)，via Brecce Bianche，60131 Ancona，Italy.2012(2):2 －3.

［27］李建華.一種帶有空氣腔和相變材料的保溫隔熱陽(yáng)臺(tái)欄板:中國(guó)，CN201972253U［P］.2011－09－14.

［28］宗 明，蘭森林，劉 萍，吳喜平，駱澤彬.相變蓄能技術(shù)在上海電網(wǎng)的應(yīng)用［J］.上海電力，2011(3):240－242.

［29］蘇德權(quán)，王 方，王全福.太陽(yáng)能相變蓄熱系統(tǒng)淺析［J］.應(yīng)用能源技術(shù)，2011(4):47－49.

［30］黃 濤，趙 軍.太陽(yáng)能熱泵供暖系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究［J］.煤氣與熱力，2007，27(8):71－72.

［31］郭春梅，張志剛，呂 建，郭式偉.相變材料在太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.煤氣與熱力，2011(2):8－10.

［32］況 軍.相變儲(chǔ)能材料在電力調(diào)峰中的應(yīng)用［J］.電氣開(kāi)關(guān)，2011(1):69－71.

［33］一種利用相變材料自循環(huán)供熱系統(tǒng):中國(guó)，CN201110035612［P］.2011 －05 －18.

［34］Said Al－ Hallaj，J.R.Selman.Thermal modeling of secondary lithium batteries for electric vehicle/hybrid electric vehicle applications［J］.Journal of Power Sources.2002(10):341 －348.

［35］沈云飛，程俊偉，王 健.電動(dòng)汽車(chē)鋰離子蓄電池包熱管理系統(tǒng)中相變材料的應(yīng)用研究［J］.新能源汽車(chē)，2011(11):3－6.

［36］Ying － Che Weng，Hung － Pin Cho，Chih － Chung Chang，Sih － Li Chen.Heat pipe with PCM for electronic cooling［J］.Department of Mechanical Engineering，National Taiwan University，Taipei 10617，Taiwan.2011(11):22 －24.

［37］M.Gumus，A.Ugurlu.Application of phase change materials to pre－h(huán)eating of evaporator and pressure regulator of a gaseous sequential injection system［J］.Applied Energy.2011(88):4803 －4810.

［38］S.C.Fok，W.Shen，F(xiàn).L.Tan..Cooling of portable hand － held electronic devices using phase change materials in finned heat sinks［J］.The Petroleum Institute in Abu Dhabi，Department of Mechanical Engineering，Abu Dhabi，United Arab EmiratesSchool of Mechanical and Aerospace Engineering，Nanyang Technological University，50 Nanyang Avenue，Singapore 639798，Singapore.2011(6):223 －226.

［39］W.Wu，H.Bostanci，L.C.Chow，S.J.Ding，Y.Hong，M.Su，J.P.Kizito，L.Gschwender，C.E.Snyder.Jet impingement and spray cooling using slurry of nanoencapsulated phase change materials［J］.Department of Mechanical，Materials and Aerospace Engineering，University of Central Florida，Orlando，F(xiàn)L 32816 －2450，USA.NanoScience Technology Center，University of Central Florida，Orlando，F(xiàn)L 32816，USA.Department of Mechanical Engineering，North Carolina Agricultural and Technological State University，Greensboro，NC 27411，USA.Materials and Manufacturing Directorate，Air Force Research Laboratory，Wright－ Patterson Air Force Base，OH 45433，USA.2010(8):133 －141.

［40］Gao Chuansi，Kuklane Kalev，Holmer Ingvar.Cooling vests with phase change material packs the effects of temperature gradient，mass and covering area［J］.ERGONOMICS.2010(5):716 － 723.

［41］Cardoso Isabel;Gomes Jaime Rocha.The application of microcapsules of PCM in flame resistant non － woven materials［J］.INTERNATIONAL JOURNAL OF CLOTHING SCIENCE AND TECHNOLOGY.2009(21):102 －108.

［42］杰 利，屈治國(guó)，李文強(qiáng)，陶文銓，盧天健.封裝有相變材料的金屬泡沫復(fù)合散熱器實(shí)驗(yàn)研究［J］.工程熱物理學(xué)報(bào)，2011(2):295－298.

［43］Takahiro Nomura，Noriyuki Okinaka，Tomohiro Akiyama.Waste heat transportation system，using phase change material(PCM)from steelworks to chemical plant［J］.Center for Advanced Research of Energy Conversion Materials，Hokkaido University，Kita 13 Nishi 8，Kita － ku，Sapporo 060 －8628，Japan.2008(4):540 －580.