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相变储能材料.pdf

相变储能材料

lizhiwei_xgp1
2012-10-31 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《相变储能材料pdf》,可适用于工程科技领域

相变储能材料田雁晨相变储台皂材料田雁晨深圳市建筑科学研究院有限公司广东深圳摘要:介绍了相变储能材料的工作原理和相变材料的种类叙述了建筑节能用相变储能材料的性能要求、相变储能材料的各类改性方法及相变储能材料与建筑材料的结合方式并重点介绍了相变储能材料在建筑节能中的具体应用。关键词:相变材料相变储能材料潜热中图分类号:TUl文献标识码:B文章编号:()建筑能耗的比例正在逐年增加国外已达到%以上我国也达到%左右而且还有逐年增加的趋势这也就为建筑节能留出了很大的空间。建筑节能已成为继交通节能、工业节能之后的第三大领域。按照新节能法的要求我国的建筑节能指标从%提高到%并要兼顾冬季供暖与夏季空调的能源平衡。在众多的节能方法中近年来新出现的相变储能材料逐渐成为建筑节能的新宠。相变储能建筑材料可用普通建材的通用设备进行加工使其兼备普通建材和相变储能材料两者的特点在施工过程中能够和其他传统建筑材料同时施工不需要特殊的知识和技能来安装使用相变储能建筑材料在使用过程中不需要消耗现有的能源在经济效益上具有竞争性。但相变储能节能技术还是一项新的节能技术在国外也只处于中试用阶段我国还只处于研究开发和小试阶段离全面推广应用还有一段路要走。相变储能材料的节能原理相变储能材料的英文全称为PhaseChangeMaterials简称为PCM。相变储能材料是指在一定的温度范围内利用材料本身相态或结构变化向环境自动吸收或释放潜热从而达到调控环境温度的一类物质。具体相变过程为:当环境温度高于相变温度时材料吸收并储存热量以降低环境温度当环境温度低于相变温度时材料释放储存的热量以提高环境温度。如在冬季相变储能材料白天吸收太阳能夜间释放热量进行供暖在夏季相变储能材料吸收室内余热降低室内温度。由于相变储能材料具有在相变过程中将热量以潜热的形式储存于自身或释放给环境的性能因而通过恰当的设计将相变材料引入建筑材料中可以使室外温度和热流波动的影响被削弱把室内温度控制在舒适的范围内。利用此特性相变储能材料可被用于储存能量或控制环境温度目的在建筑节能等许多领域具有应用价值。相变储能材料是继纳米材料后又一次材料界的革命该技术对建筑节能、解决能源紧张有着重要的应用价值。使用相变材料还有以下优点:其一相变过程一般是等温或近似等温的过程这种特性有利于把温度变化维持在较小的范围内使人体感到舒适其二相变材料有很高的相变潜热少量的材料可以储存大量的热量与显热储热材料(如混凝土、砖等)相比可以大大降低对建筑物结构的要求从而使建筑物采用更加灵活的结构形式。适合建筑节能的相变储能材料目前已开发的相变材料种类很多说有成千上百种也毫不夸张。按相变材料相变前后的状态不同可分成:固/固、固/液、固/气和液/气四大类相变材料。因固/气和液/气类相变材料在相变时产生大量气体不宜用于建筑节能领域因此建筑节能中可用相变材料只有固/固和固/液两类具体介绍如下。.固/液相变材料依靠相变材料相变前后固/液状态的变化实现潜热的吸收和释放。..无机固/液相变材料无机固/液相变材料的优点为:相变潜热大相化学建材年第卷第期变温度范围广(可从几摄氏度到上百摄氏度)价格便宜导热系数高。无机固/液相变材料的缺点为:过冷大易析出而难以长期使用对基体有一定的腐蚀性。常用的无机固/液相变材料为结晶水合盐类包括碱金属盐和碱土金属盐的卤化盐、碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐及醋酸盐等具体品种如N~SO·H、CaCI·HO等。..有机固/液相变材料有机固/液相变材料包括高级脂肪烃类、脂肪酸类及酯类、盐类化合物、醇及芳香烃类。常用的品种为石蜡类其相变温度范围为一.~C相变热为kJ/kg(与无机盐类相当)价格低无过冷和析出缺点为导热系数低但可以通过加入导热材料加以改善。石蜡类相变材料是最适合建筑节能用的相变储能材料其中十七烷和十八烷类石蜡的相变温度非常适合于建筑节能应用。而十五、十九烷可通过与其他相变材料共混达到合适的相变温度。此类相变材料的主要缺点为导热系数低在保证其他相变性能的前提下可用如下改进方法:化学改性制造磺化石蜡加入导热材料具体如金属粉末、金属纤维、碳纤维和石墨等。固/固相变材料固/固相变材料不是靠相变前后物质的状态变化而实现吸放热它是通过晶格的变化实现吸放热相变前后都保持固体状态无液体或气体产生无毒和腐蚀性过冷很小寿命长是一类前景广阔的相变材料。目前处于开发之中常用品种有聚乙二醇和层状钙钛矿等。上述相变材料中并不是所有的相变材料品种都能用于建筑节能建筑节能用相变储能材料要符合如下要求:()具体较高的储热能力和热传导性能具体为热焓值和导热系数高()相变温度要适合应用的环境要求一般要求接近人体的舒适温度(冬季~℃夏季℃)()发生吸放热温度变化时相变材料的体积变化小()相变可逆性好保证使用寿命长()材料价廉易得()材料无毒、无腐蚀性。对于目前已开发的相变材料在实际选用中主要根据具体用途的不同选择相匹配的相变温度:制冷用途:相变温度℃制热用途:相变温度>~C。目前市场上供应的相变材料主要为石蜡类和水合盐类其相变潜热值的大小如表所示。相变温度范围大都在~℃但缺少相变温度在~℃范围内的相变材料。表几种主要相变储能材料的相变潜热三水l水氯聚石蜡石蜡酸氢二钠化钙二醇相变潜热/(J/g).严格的讲目前的相变材料都存在这样或那样的不足主要存在的问题为相变温度不匹配、相变热值低、导热性不好、与载体材料易分离等满足不了实际的需要。在实际应用前还需要对其进行封装、添加、共混等改性处理后才可应用。相变储能材料与建筑材料的结合方法对于固/液类相变材料因在相变时有液体产生会导致对周边基体材料的污染甚至腐蚀。因此在实际应用时要对相变材料的进行适当的改性处理后才能混入建筑材料中。目前的混入方法有如下几种:.直接渗入法此法为直接将固/液类或固/固类相变材料渗入多孔的建筑材料基体中优点为操作简单。但固/液类相变材料发生相变时产生的液体易发生外露或腐蚀基体材料。因此对于固/液类相变材料一般要先。进行预处理具体为先与半流动性的硅石细粉等材料混合然后再与建筑材料混合。适合此方法的基体为多孔建筑材料如膨胀珍珠岩、膨胀页岩、石膏和多孔石墨等。而对于固/固类或进行定形改性的固/液类相变材料可直接掺入建筑材料如水泥基体中。.封装容器混入法此方法为先将相变材料进行封装改性处理以防止液体泄漏再与建筑材料混合具体方法有大封装和小封装两类。()大封装:将固/液相变材料置于密闭的宏观容器中如PE塑料管或球中再置入水泥、白灰或石膏等建筑材料中。()小封装:采用微胶囊技术或纳米复合技术用高分子壳体材料将固/液体相变材料以囊化方式封相变储能材料田雁晨装起来防止相变时液体流出。根据囊化的尺寸不同可分为纳米级和微米级两种。具体可用的囊化方法有很多如界面聚合法、原位聚合法、悬浮聚合法、细乳液聚合法、相分离法、聚电解质法和喷雾干燥法等。定形改性混入法此方法为先将相变材料进行定形改性处理后再与建筑材料混合。定形改性是以高分子材料为基材利用共混、接枝或交联等方法将无机或有机相变材料固定于高分子基材中保证相变材料液化时不外泄。具体包括高分子/有机或无机共混复合相变材料、接枝型结晶聚合物、交联型结晶聚合物三类高分子基相变材料。可用于定形的相变材料有脂肪酸、聚环氧乙烷、石蜡、聚乙二醇、多元醇等高分子基材有UHMWPE、HDPE、LDPE、PP、SBS及PS等。具体的定形方法如下:()交联定形化混入法:将相变材料混入交联的网络中固定保证相变后液体不流出交联网络用聚合物的居多也有用无机交联网络的。()接枝定形混入法:以结晶性交联的聚烯烃为基体接枝烷基碳氢化合物使材料具有相变储能的性能适合于固/固相变材料相变温度范围~℃。()共混定形混入法:对固/液类相变材料先将其与比表面积大的材料熔融共混预处理具体如纳米二氧化硅、蒙脱土等混合均匀后干燥再与聚合物基材混合后制成相变储能材料而对固/固类相变材料可不经过预处理而直接与聚合物共混。相变储能材料在建筑节能中的具体应用目前相变材料在建筑节能中的应用主要体现在如下两大方面:自动式节能:能量边储存边释放免费利用自然界的冷热源储存能量如太阳能等(随时间、气候和季节而变化)。主动式节能:能量先储存后释放利用人工或自然冷热源储存能量:如采用“移峰填谷”的方式错峰廉价电能或白天的太阳能白天储存夜间需要时再释放以节省电费。相变储能材料在建筑节能中的具体应用:.相变储能材料的自动式应用将进行过封装和改性处理的固/液相变储能材料或改性过的固/固相变储能材料与传统的建筑材料混合在一起即制成了相变储能建筑材料外观上看与普通建筑材料毫无差别但却具有了节能的功效。目前相变储能建筑材料具体应用在如下几个方面:()墙体材料:将石蜡先与聚乙烯改性为定形相变材料再与水泥混合制成相变混凝土墙体材料。()墙面板材:又称为相变储能围护结构材料可降低建筑物室内外之间的热量波动幅度延缓作用时间减轻室内外热量交换减少建筑物供暖和空调的能耗。对于外墙板其相变储能材料的相变温度应接近于室内舒适温度可比用于内墙板的相变储能材料的相变温度稍高一些。如石膏含有%的气孔非常适合于在其中浸入液体相变材料制成相变储能材料如可将%%的硬脂酸丁酯加入石膏中制成相变储能石膏板。()其他材料:包括建筑涂料、地板材料、屋顶材料(如相变天花板)、家具材料、装饰材料、窗帘材料和窗玻璃材料等。.相变储能材料的主动式应用相变储能技术的主动式应用具体就是将不同时间段的太阳能和电能进行储存在需要时释放以缓解能量供需在时间一空间上的矛盾达到充分利用廉价能源的目的这在当今能源严重短缺的东部发达地区尤其重要。可用于相变供暖储热系统、相变空调蓄冷系统等具体应用实例如下:()设置通风管道:在相变储能材料中设置若干风道在夜间进行通风。在冬季可以由空气将墙体白天所蓄能量带入室内供室内采暖用。在夏季可以将墙体在夜间散入室内的热量带出室外降低夜间空调的负荷。()相变储能地板采暖系统:将相变储能材料与电热地板结合起来可实现对电能进行移峰填谷。在低电价阶段用电加热使地板下面的相变材料发生相变从固态变成液态将电能转化为热能先储存起来在高电价阶段通过发生相变凝固放热从液态变成固态释放热量来达到采暖的目的从而可节约电费。收稿日期:作者简介:田雁晨单位地址:()深圳市福田区振华路号联系电话:电子邮件:tianyanchen.tom

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