吸热相变材料.docx

为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划吸热相变材料　　简述相变材料研究　　一、引言　　随着人们生活水平以及对工作与居住环境舒适度要求的提高，相应地建筑能耗也增加，造成能源消耗过快，环境污染加剧如何在维持可持续发展的前提下，使用最低能耗达到居住环境舒适度最大化已成为建筑节能领域里研究的热点通过用相变储能建筑材料(即向普通建筑材料中加入相变材料，制成具有较高热容的轻质建筑材料）构筑的建筑构件，可以降低室内温度波动，提高舒适度，减少电力的峰谷差，优化电力的负荷，使建筑供暖或空调不用或者少用能量，提高能源利用效率，并降低能源的运行费用　　相变材料(简称PCM)是利用相变过程中吸收或释放的热量来进行潜热储能的物质，储热系统按照储热方式不同可以分为显热储热、潜热储热和化学反应储热三类与显热储能材料相比，相变材料具有储能密度大，效率高以及近似恒定温度下吸热与放热等优点，因而可以应用于很多领域，如太阳能利用、废热回收、智能空调建筑物、调温调湿、工程保温材料、医疗保健与纺织行业等方面但化学反应热蓄热虽然具有储能密度大的特点，由于应用技术和工艺太复杂，目前只能在太阳能利用研究领域受重视，离实际的应用还很远，因此相变材料成为了热能储存的主要应用方式。

　　相变材料根据其相变温度不同，主要有四方面的用途：　　低温相变材料用来蓄冷，如已经广泛使用相变材料进行空调蓄冷低温相变材料还可以用来跨季节蓄冷　　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，达到建筑节能　　50～60℃相变材料可以用在太阳能应用领域，如可以用作被动太阳能房的蓄热墙或者蓄热地板，还可以用作主动太阳能房中的蓄热器，与集热器、换热器等一起构成太阳能利用系统　　高温相变材料则主要用于工业余热利用　　相变材料的利用方式分为两种：　　用相变材料做成储能器件　　相变材料与其他基本材料复合，制成相变储能复合材料　　二、相变材料的蓄热机理　　相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力以固－液相变为例，在加热到熔化温度时，就产生从固态到液态的相变，熔化的过程中，相变材料吸收并储存大量的潜热；当相变材料冷却时，储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去，进行从液态到固态　　的逆相变在这两种相变过程中，所储存或释放的能量称为相变潜热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，形成一个宽的温度平台，虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大。

　　三、可用于建筑节能的相变储热材料的研究进展　　依据相变前后的物态，可以将相变材料分成固－液类相变材料、固－固类相变材料、固－气类相变材料及液－液类相变材料等几种其中固－气类相变材料及液－气类相变材料在相变过程中有大量气体存在，材料体积变化较大，在建筑节能领域难以应用因此，固－固类和固－液类相变材料是在建筑节能中主要研究和应用的两类相变材料　　1、固－固相变材料　　固－固相变材料在发生相变前后，固体的晶格结构改变而放热吸热因此，这种相变材料在相变过程中无液体产生，相变前后体积变化小，且无毒、无腐蚀，对容器的材料和制作技术要求不高，其相变潜热与固－液相变材料处于同一数量级，且过冷度小，使用寿命长，是一类有应用前景的蓄热材料　　多元醇类相变材料以及层状钙钛矿类相变材料是能够用于建筑节能领域的两类固－固相变材料还可以将多元醇类相变材料中的两种或三种按不同比例混合，形成“共融合金”，以调节相变温度合相变潜热目前，关于固－固相变材料的研究和工作还刚刚开始，它们的分子结晶态及能量的转化过程机理还有待进一步探明，其热性能、机械性能、化学稳定性液有待进一步提高但是，由于相变过程独有的优点，其在建筑节能领域将是很有应用前途的一类相变材料。

　　2、固－液相变材料　　固－液相变材料包括无机材料和有机材料两大类　　无机固－液相变材料包括结晶水合盐、熔融盐、金属合金等其中，结晶水合盐是中低温相变材料中最重要的一类，可以提供相变温度从几摄氏度到一百多摄氏度的材料供选择用于供暖、空调系统的结晶水酸盐、磷酸盐、醋酸盐等盐类水合物结晶水合盐类材料的优点是价格便宜，相变潜热大，体积储热密度大，导热系数比有机相变材料大但是这一类材料存在的最大问题是过冷度大、易析出分离而不能长期使用　　有机固－液相变材料包括某些高级脂肪烃类、脂肪酸类或其酯类、盐类化合物以及某些醇类、芳香烃类化合物其中，石蜡是较受关注的一类有机固－液相变材料这类材料常用熔点-12～℃，熔化热150～250Kj/kg,且价格较低，是一种比较理想的相变材料有机类材料一般不会出现过冷和相分离现象，相变潜热与水合盐类材料相当，性能稳定，腐蚀性小或无腐蚀性影响有机类相变材料使用的一个问题是其导热系数较小为了增强有机相变　　材料的导热能力，通常采取向相变材料中添加金属粉末、金属网、石墨粉，或者在相变材料的封装壁面增加肋片等措施另外，有机固－液相变材料还有易挥发燃烧、易氧化而老化的特点，所以对这一类材料的使用要加以选择，以确保使用的安全性。

　　3、形状稳定的固－液相变材料　　这一类相变材料仍然采用固－液相变形式但是与一般的固－液相变材料不同的是，在相变蓄热时，这一类相变材料的外形一直保持固定形状而没有流动性其主要成分是工作物质和载体基质工作物质是固－液相变材料，以有机类固－液相变材料居多；载体基质是一类相变温度较高、在工作物质的相变温度范围内保持固体形状、物化性能稳定、有一定机械性能的物质，目前主要采用一些交联高分子树脂类物质工作物质和载体基质通过熔融下共混或封装的方法结合在一起与一般的固－液相变材料相比，形状稳定的固－液相变材料主要优点是无须容器封装但是此种相变材料的工作物质与载体基质结合在一起后，储热能力下降，储热密度降低；且在长期使用过程中，存在着工作物质与载体基质的相分离现象，载体基质机械性能的下降也容易导致工作物质的泄露此外，这种相变材料的制造成本也较高因此，这一种相变材料目前仍处于实验室研究阶段，但是有着一定的应用前景　　四、相变材料与建筑材料的复合工艺　　相变材料与建材基体的结合工艺，目前主要有以下几种方法：将PCM密封在合适的容器内，后置入建筑材料中通过浸泡将PCM渗入多孔的建材基体(如石膏墙板、水泥混凝土试块等)。

将PCM直接与建筑材料混合将有机PCM乳化后添加到建筑材料中　　通过直接浸泡法所制备的相变储能材料，虽然储能密度有较大的提高，但是相变材料与基本材料的相容性问题始终难以有效解决，可能会使相变储能混凝土发生严重的开裂　　目前研究的具体实施方法主要有：　　共混而成(转载于:写论文网:吸热相变材料)，即利用二者的相容行，熔融后混合在一起而制成的成分均匀的蓄能材料　　采用封装技术，即把载体基质做成微胶囊、多孔泡沫塑料或三维网状结构，再把相变材料灌注于其中，这样微观上仍是发生固－液相变，进行储能控温但从蓄能材料的整个宏观特性上来看仍然保持其固体形状这类蓄能材料的优点是无需容器盛装，可以直接加工乘兴，不会发生过冷现象，使用安全方便但是也存在着一些缺点：一是以共混形式制成的蓄能材料，难以克服低熔点相变材料在熔融后通过扩散迁移作用，与载体基质间出现分离的难题；二是相变材料加入一定的载体后，导致整个材料储热能力的下降，材料的能量密度较小；三是载体中掺入相变材料后又导致材料机械性能的下降，整个材料的硬度、强度、柔韧性等性能都收到很大的损失，以至于寿命的缩短、易老化而使工作物质泄漏、污染环境因此，到目前为止相变材料合载体相互之间还存在着难以克服的矛盾。

　　五、相变材料的选择　　用于建筑节能的理想相变材料，应满足以下要求：　　熔化潜热高，使其在相变中能贮藏或放出较多的热量；　　相变过程可逆性好、膨胀收缩性小、过冷或过热现象少；　　有合适的相变温度，能满足需要控制的特定温度；　　导热系数大，密度大，比热容大；　　相变材料无毒性，无腐蚀性；　　成本低，制造方便　　此外，相变材料还需与建筑材料相容，可被吸收　　实际上，能够满足上述各项条件的理想相变材料几乎是没有的在实际应用中，主要是主要考虑有合适的相变温度和有较大相变潜热的相变材料，而后再考虑各种影响研究和应用的综合因素选择合适的相变材料，再采取适当的措施克服材料的缺点　　传统的相变蓄热材料，如部分水合盐，虽易于获取、成本较低且蓄热密度打，但缺点是易于过冷和析晶，即经历一定次数的相变过程后，不能再预定温度下发生相变，且在相变过程中出现分层现象，导致相变潜热降低，因此，不适于在工程中大范围使用　　固－固类相变材料在受热或冷却时通过晶体有序－无序结构之间的转变而可逆地吸热、放热，主要包括交联高密度聚乙烯和多元醇多元醇地固－固转变较大，一般在100kJ/kg以上，如季戊四醇地固－固转变热为/kg。

但是由于多元醇易于升华，虽然所发生的是固－固转变，但是它作为相变蓄热材料使用时，仍然需要容器，而且是密封的压力容器　　目前，国内外应用较广泛的相变材料为固－液类有机相变材料　　六、相变储能建筑材料存在的问题　　就目前来说，现存的问题主要在相变储能建筑材料耐久性以及经济性方面耐久性主要体现在三个方面：　　相变材料在循环过程中热物理性质的退化问题　　相变材料易从基体的泄漏问题，表现为在材料表面结霜　　相变材料对基体材料的作用问题相变材料相变过程中产生的应力使得集体材料容易破坏　　经济性主要体现在：　　经济性问题也是制约其广泛应用于建筑节能领域的障碍，表现为各种相变材料及相变储能符合材料价格较高，导致单位热能储存费用的上升，必将失去与其他储热法或普通建材竞争的优势　　相变复合材料的发展是进一步筛选符合环保的低价的有机相变材料，如可再生的脂肪酸及其衍生物对这类相变材料的深入研究，可以进一步提升相变储能建筑材料的生态意义　　无机非金属材料工程专业学生论文XX年6月相变储热材料的有关学习　　李珍勤　　是一类在其本身发生相变的过程中，可以吸收环境的热能，并在需要时向环境发出热能，从而达到控制周边环境温度的目的的材料。

其相变机理是：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时，产生了一个宽的温度平台该温度平台的出现，体现了恒温时间的延长，并可与显热和绝缘材料区分开绝缘材料只提供热温度变化梯度　　相变材料在热循环时，储存或释放显热相变材料在熔化或凝固过程中虽然温度不变但吸收或释放的潜热却相当大以冰——水相变的过程为例对相变材料在相变时所吸收的潜热以及普通加热条件下所吸收的热量作一比较：当冰熔解时，吸收335J／g的潜热，当水进一步加热，温度每升高1℃它只吸收大约4坛的能量冈此，由冰到水的相变过程中所吸收的潜热几乎比相变温度范围外加热过程的热吸收高80多倍除冰水之外，已知的天然和合成的相变材料超过500种，且这些材料的相变温度和储热能力各不相同把相变材料与普通建筑材料相结合，还可以形成一种新型的复合储能建筑材料这种建材兼备普通建材和相变材料两者的优点　　然而绝大多数无机物相变材料具有腐蚀性，相变过程中存在过冷和相分离的缺点。

为防止无机物相变材料的腐蚀性储热系统必须采用不锈钢等特殊材料制造，从而增加了制造成本：为抑制无机物相变材料在相变过程中的过冷和相分离，需通过大量试验研究，寻求好的成核剂和稳定剂而有机物相变材料则热导率较低相变过程中的传热性能差，在实际应用中通常采用添加高热导率材料如：。