相变储能材料在建筑节能中的研究

唐涛

摘要：当前人们对物质生活的追求越来越高，为了更好的满足人们生活、工作、学习等各个方面的需求，适应当前国家对新型材料的发展趋势，在节约能源、保护环境、降低能耗的大时代背景下，相变储能材料在建筑节能中的研究受到了企业以及社会各界的广泛重视，相变储能材料是通过自身物相变化来实现能量存储与释放的材料。本文对相变储能材料进行了分类，综述了相变材料在建筑节能中的研究进展，概括了相变材料在建筑室外围护结构和建筑室内的应用，对相变材料在未来建筑节能中的应用及研究方向进行了展望。

关键词：相变储能;建筑节能;材料

引言

近些年新材料、新设备的不断涌现，技术的不断突破，国家大力提倡使用新型清洁能源，保护环境，而且全球能源危机问题愈加严重，提高能量利用效率和开发可再生能源是能源和材料科学领域的重要研究方向之一，除了对风能、太阳能、潮汐能等可再生能源进行研究之外，节能也是解决能源危机的一个重要方式。相变储能材料能够在特定条件下储存能量，在建筑的应用过程中起到了非常大的作用，逐渐成为了未来建筑行业发展的新型材料，为了更好的满足人们生活、工作、学习等各个方面的需求，人对建筑的功能要求越来越多，建筑节能是一种新型的概念，相变材料的应用不仅可以降低建筑能耗达到节能减排的效果，使人们在建筑的使用过程中能够更好的满足需求[1]。

一、相变储能材料的概况

相变材料又称为相变储能材料，其主要的内涵指的是材料自身具有释放或者吸收能量的一种材料，而对应的相变过程指的是相变材料吸收或释放大量的潜热，这种情况绝大多数都是随着外界的环境变化，使得自身的状态发生变化产生的，转变物理性质的一个过程，相变储能材料有广义上的概念也有狭义上的概念。广义上指的是能够吸收释放大量热能来储存的材料;而狭义上指的是那种特定的具有性能稳定、性价比优良、储能密度高的那种储能材料，但是呢两个概念上共通点是相同的，这些相变材料都有特定的适用范围。目前相变储能材料现在被广泛地应用于航空航天、军事工程、太阳能利用、建筑节能、工业废热回收、电力消峰填谷等领域，应用领域及其广泛，可见其相变材料的重要性。在建筑中常见的相变储能材料有很多种，相变储能材料按照按化学组成分类，则是有机相变储能材料、无机相变储能材料以及复合相变储能材料。相变储能材料按照相变温度范围可以分为低温储能材料、中温储能材料、高温相变储能材料，由于不同的相变储能材料具有不同的性质，因此温度划分的标准不一样;相变储能材料按照其状态不同可以分为固-液相变材料、固-固相变材料、气-液相变材料、气-固相变材料;相变储能材料按所贮存能量的特点，有储冷材料和储热材料;相变储能材料按贮能的方式的不同，有化学反应储能、潜热储能和显热储能，气-液相变材料和固-液相变材料中存在大量气体，在相变过程中会出现体积增加、气压增大的现象，相变储能材料的工作原理是根据环境温度改变它们的状态，当温度产生不同的数值时，可以实现固态与液态之间的转变来实现能量的吸收、储存以及释放[2]。

二、相变储能材料在建筑节能中的应用研究

相变储能材料在建筑中的应用自1980年就开始，随着科学技术的不断发展，新材料，新工艺的不断提高使得相变储能材料在建筑节能中的应用越来越多，在建筑上应用的比例以及范围越来越多，相变储能材料在墙板、百叶窗、天花板、混凝土砌块、石膏墙板等建筑构件中，这些在建筑领域中被广泛应用。

（一）相变储能材料在墙体结构中应用

在建筑材料中加入相变材料，可以制作墙体、底板等建筑围护材料，因此在建筑外围护结构上，相变储能材料的应用主要包括石膏板、砂浆、混凝土等，目前相变材料的制备主要是采用有机类相变储能材料，通过直接加入法、浸渗法或者封装法制备成新型建材。通常在这类板材中加入多元醇类、脂肪酸类、加脂肪烃等固-液相变材料，这样这些材料在建筑的使用过程中可以实现热量的对流、辐射和导热，相变储热建筑围护材料在新时代的背景下更具有发展前景，用在建筑围护结构上，通过减少室内温度的每日波动和降低建筑物的能耗成本，这就降低了能耗，减少了污染环境，节约了能源。每个企业应该大力提倡这种做法，实现经济的有效提高，而且相变储能材料也具有其他方面的特征，比如用在大体积混凝土中，可以减少混凝土裂缝的产生，减少水化热，使得混凝土的质量具有更好的效果，使得建筑物的质量有了很大程度的提高，因此要加强对相变储能材料的研究，实现建筑材料的变革式发展[3]。

建筑热传导的方式主要是导热、空气热对流和热辐射，石膏板或矿物纤维绝缘材料等轻质建筑材料对目前建筑的发展具有重大意义，目前国家大力提倡装配式建筑，提倡建筑的工业化、标准化，石膏的微孔结构和加热脱水的性能使之成为与相变材料复合的良好的基体，使得石膏板的功能性具有多方面的优势，不仅能够具有良好的隔音、隔热、防火、调节湿度的性能，还可以利用白天的温度进行相变过程吸收潜在热量并储存，使得建筑更加节能，提高了墙体的保温性能和蓄热性。在混凝土中加入由相变材料制成的新型相变混凝土，可以发挥储能调温的优势，有效弥补普通混凝土的不足，相变砂浆中加入相变材料可以改善砂浆的功能。

（二）相变储能材料在建筑地板中应用

目前，绝大部分城市都采用集中供暖，同时也存在着低温辐射地板情况，这种原理可以更好的实现建筑节能，通过太阳能进行能源的收集，然后再通过电能加热循环水来实现地板的加热，这种方式可以减少能源的消耗，相變地板由于材料优异的蓄放热性能，减少了地板内温度的波动，提高了舒适性，采暖性能比普通地板好同时对人体来说得到了极大的舒适感，蓄热能力也进一步提升。如图1所示，为相变材料地板控温系统。

结术语

综上所述，对相变储能材料进行了简单的叙述，对其分类及其概念有了清晰的认识，同时也阐述了相变储能材料的优势，相变储能材料料在建筑领域的应用前景非常广阔，要加强相变材料在建筑中的应用，比如石膏板、混凝土、砂浆、通过一些技术手段以及施工工艺使得建筑节能得到更好的发展，降低建筑能耗，不断适应社会的发展节奏，满足新时达背景下建筑的发展趋势，而且在对相变储能材料进行普及时，要弄清楚节能问题，考虑经济性、耐久性以及适用性等问题。

参考文献：

[1]李鹏辉，胡明禹，朱婷婷.相变蓄能采暖地板的热性能研究[J].建筑节能，2018，46（6）：26-30，128.

[2]胡志德，赵思勰，汪宏涛.复合相变材料在混凝土中的应用研究进展[J].硅酸盐通报，2018，37（9）：2825-2829.

[3]肖超鹏，陆少锋，谢艳，等.高分子固-固相变储能材料的制备与应用[J].印染，2020（3）：5-9.