相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能中的研究

唐濤

摘要：當(dāng)前人們對(duì)物質(zhì)生活的追求越來越高，為了更好的滿足人們生活、工作、學(xué)習(xí)等各個(gè)方面的需求，適應(yīng)當(dāng)前國家對(duì)新型材料的發(fā)展趨勢，在節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、降低能耗的大時(shí)代背景下，相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能中的研究受到了企業(yè)以及社會(huì)各界的廣泛重視，相變儲(chǔ)能材料是通過自身物相變化來實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)與釋放的材料。本文對(duì)相變儲(chǔ)能材料進(jìn)行了分類，綜述了相變材料在建筑節(jié)能中的研究進(jìn)展，概括了相變材料在建筑室外圍護(hù)結(jié)構(gòu)和建筑室內(nèi)的應(yīng)用，對(duì)相變材料在未來建筑節(jié)能中的應(yīng)用及研究方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：相變儲(chǔ)能;建筑節(jié)能;材料

引言

近些年新材料、新設(shè)備的不斷涌現(xiàn)，技術(shù)的不斷突破，國家大力提倡使用新型清潔能源，保護(hù)環(huán)境，而且全球能源危機(jī)問題愈加嚴(yán)重，提高能量利用效率和開發(fā)可再生能源是能源和材料科學(xué)領(lǐng)域的重要研究方向之一，除了對(duì)風(fēng)能、太陽能、潮汐能等可再生能源進(jìn)行研究之外，節(jié)能也是解決能源危機(jī)的一個(gè)重要方式。相變儲(chǔ)能材料能夠在特定條件下儲(chǔ)存能量，在建筑的應(yīng)用過程中起到了非常大的作用，逐漸成為了未來建筑行業(yè)發(fā)展的新型材料，為了更好的滿足人們生活、工作、學(xué)習(xí)等各個(gè)方面的需求，人對(duì)建筑的功能要求越來越多，建筑節(jié)能是一種新型的概念，相變材料的應(yīng)用不僅可以降低建筑能耗達(dá)到節(jié)能減排的效果，使人們?cè)诮ㄖ氖褂眠^程中能夠更好的滿足需求[1]。

一、相變儲(chǔ)能材料的概況

相變材料又稱為相變儲(chǔ)能材料，其主要的內(nèi)涵指的是材料自身具有釋放或者吸收能量的一種材料，而對(duì)應(yīng)的相變過程指的是相變材料吸收或釋放大量的潛熱，這種情況絕大多數(shù)都是隨著外界的環(huán)境變化，使得自身的狀態(tài)發(fā)生變化產(chǎn)生的，轉(zhuǎn)變物理性質(zhì)的一個(gè)過程，相變儲(chǔ)能材料有廣義上的概念也有狹義上的概念。廣義上指的是能夠吸收釋放大量熱能來儲(chǔ)存的材料;而狹義上指的是那種特定的具有性能穩(wěn)定、性價(jià)比優(yōu)良、儲(chǔ)能密度高的那種儲(chǔ)能材料，但是呢兩個(gè)概念上共通點(diǎn)是相同的，這些相變材料都有特定的適用范圍。目前相變儲(chǔ)能材料現(xiàn)在被廣泛地應(yīng)用于航空航天、軍事工程、太陽能利用、建筑節(jié)能、工業(yè)廢熱回收、電力消峰填谷等領(lǐng)域，應(yīng)用領(lǐng)域及其廣泛，可見其相變材料的重要性。在建筑中常見的相變儲(chǔ)能材料有很多種，相變儲(chǔ)能材料按照按化學(xué)組成分類，則是有機(jī)相變儲(chǔ)能材料、無機(jī)相變儲(chǔ)能材料以及復(fù)合相變儲(chǔ)能材料。相變儲(chǔ)能材料按照相變溫度范圍可以分為低溫儲(chǔ)能材料、中溫儲(chǔ)能材料、高溫相變儲(chǔ)能材料，由于不同的相變儲(chǔ)能材料具有不同的性質(zhì)，因此溫度劃分的標(biāo)準(zhǔn)不一樣;相變儲(chǔ)能材料按照其狀態(tài)不同可以分為固-液相變材料、固-固相變材料、氣-液相變材料、氣-固相變材料;相變儲(chǔ)能材料按所貯存能量的特點(diǎn)，有儲(chǔ)冷材料和儲(chǔ)熱材料;相變儲(chǔ)能材料按貯能的方式的不同，有化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)能、潛熱儲(chǔ)能和顯熱儲(chǔ)能，氣-液相變材料和固-液相變材料中存在大量氣體，在相變過程中會(huì)出現(xiàn)體積增加、氣壓增大的現(xiàn)象，相變儲(chǔ)能材料的工作原理是根據(jù)環(huán)境溫度改變它們的狀態(tài)，當(dāng)溫度產(chǎn)生不同的數(shù)值時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)固態(tài)與液態(tài)之間的轉(zhuǎn)變來實(shí)現(xiàn)能量的吸收、儲(chǔ)存以及釋放[2]。

二、相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用研究

相變儲(chǔ)能材料在建筑中的應(yīng)用自1980年就開始，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新材料，新工藝的不斷提高使得相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用越來越多，在建筑上應(yīng)用的比例以及范圍越來越多，相變儲(chǔ)能材料在墻板、百葉窗、天花板、混凝土砌塊、石膏墻板等建筑構(gòu)件中，這些在建筑領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。

（一）相變儲(chǔ)能材料在墻體結(jié)構(gòu)中應(yīng)用

在建筑材料中加入相變材料，可以制作墻體、底板等建筑圍護(hù)材料，因此在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，相變儲(chǔ)能材料的應(yīng)用主要包括石膏板、砂漿、混凝土等，目前相變材料的制備主要是采用有機(jī)類相變儲(chǔ)能材料，通過直接加入法、浸滲法或者封裝法制備成新型建材。通常在這類板材中加入多元醇類、脂肪酸類、加脂肪烴等固-液相變材料，這樣這些材料在建筑的使用過程中可以實(shí)現(xiàn)熱量的對(duì)流、輻射和導(dǎo)熱，相變儲(chǔ)熱建筑圍護(hù)材料在新時(shí)代的背景下更具有發(fā)展前景，用在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，通過減少室內(nèi)溫度的每日波動(dòng)和降低建筑物的能耗成本，這就降低了能耗，減少了污染環(huán)境，節(jié)約了能源。每個(gè)企業(yè)應(yīng)該大力提倡這種做法，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的有效提高，而且相變儲(chǔ)能材料也具有其他方面的特征，比如用在大體積混凝土中，可以減少混凝土裂縫的產(chǎn)生，減少水化熱，使得混凝土的質(zhì)量具有更好的效果，使得建筑物的質(zhì)量有了很大程度的提高，因此要加強(qiáng)對(duì)相變儲(chǔ)能材料的研究，實(shí)現(xiàn)建筑材料的變革式發(fā)展[3]。

建筑熱傳導(dǎo)的方式主要是導(dǎo)熱、空氣熱對(duì)流和熱輻射，石膏板或礦物纖維絕緣材料等輕質(zhì)建筑材料對(duì)目前建筑的發(fā)展具有重大意義，目前國家大力提倡裝配式建筑，提倡建筑的工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化，石膏的微孔結(jié)構(gòu)和加熱脫水的性能使之成為與相變材料復(fù)合的良好的基體，使得石膏板的功能性具有多方面的優(yōu)勢，不僅能夠具有良好的隔音、隔熱、防火、調(diào)節(jié)濕度的性能，還可以利用白天的溫度進(jìn)行相變過程吸收潛在熱量并儲(chǔ)存，使得建筑更加節(jié)能，提高了墻體的保溫性能和蓄熱性。在混凝土中加入由相變材料制成的新型相變混凝土，可以發(fā)揮儲(chǔ)能調(diào)溫的優(yōu)勢，有效彌補(bǔ)普通混凝土的不足，相變砂漿中加入相變材料可以改善砂漿的功能。

（二）相變儲(chǔ)能材料在建筑地板中應(yīng)用

目前，絕大部分城市都采用集中供暖，同時(shí)也存在著低溫輻射地板情況，這種原理可以更好的實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能，通過太陽能進(jìn)行能源的收集，然后再通過電能加熱循環(huán)水來實(shí)現(xiàn)地板的加熱，這種方式可以減少能源的消耗，相變地板由于材料優(yōu)異的蓄放熱性能，減少了地板內(nèi)溫度的波動(dòng)，提高了舒適性，采暖性能比普通地板好同時(shí)對(duì)人體來說得到了極大的舒適感，蓄熱能力也進(jìn)一步提升。如圖1所示，為相變材料地板控溫系統(tǒng)。

結(jié)術(shù)語

綜上所述，對(duì)相變儲(chǔ)能材料進(jìn)行了簡單的敘述，對(duì)其分類及其概念有了清晰的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也闡述了相變儲(chǔ)能材料的優(yōu)勢，相變儲(chǔ)能材料料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常廣闊，要加強(qiáng)相變材料在建筑中的應(yīng)用，比如石膏板、混凝土、砂漿、通過一些技術(shù)手段以及施工工藝使得建筑節(jié)能得到更好的發(fā)展，降低建筑能耗，不斷適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展節(jié)奏，滿足新時(shí)達(dá)背景下建筑的發(fā)展趨勢，而且在對(duì)相變儲(chǔ)能材料進(jìn)行普及時(shí)，要弄清楚節(jié)能問題，考慮經(jīng)濟(jì)性、耐久性以及適用性等問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]李鵬輝，胡明禹，朱婷婷.相變蓄能采暖地板的熱性能研究[J].建筑節(jié)能，2018，46（6）：26-30，128.

[2]胡志德，趙思勰，汪宏濤.復(fù)合相變材料在混凝土中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].硅酸鹽通報(bào)，2018，37（9）：2825-2829.

[3]肖超鵬，陸少鋒，謝艷，等.高分子固-固相變儲(chǔ)能材料的制備與應(yīng)用[J].印染，2020（3）：5-9.