蓄热供暖相变材料的研究进展论文

如今能源危机成为世界性问题，减少能源消耗，提高能源利用率是人们研究的重点问题。尤其是建筑行业，人们积极寻求新型的建筑材料减少能源消耗，使室内环境更加舒适。相变储能材料能够在特定条件下储存能量，并进行释放，使能源消耗得到减少，减少室内温度的波动，对室内环境进行优化，成为未来建筑行业发展的新型材料。1相变储能材料的特点分析根据蓄热方法不同，储能材料可以划分为三种，即显热储能、化学反应储能以及潜热储能。在操作上，显热储能材料是比较便利的，但是由于材料自身的温度是不断变化的，需要在周围环境的诱导下进行能量的释放，所以无法控制环境的温度，此外显热储能材料有着较低的贮能密度，装置的体积是比较大的，所以在实际应用中并没有太大的价值。对于化学反应储能材料，其储能的密度是比较高的，但是由于工艺技术的复杂性，使得其只能在太阳能领域中应用。潜热储能材料即相变储能材料，通过固-固、固-液、固-气或者液-气相变将材料本身吸热、放热的能力发挥出来，有效的储存和释放能量，这种相变储能材料的蓄能密度是比较大的，效率较高，环境温度的变化不会对吸热、放热产生影响，在很多领域都有应用，如太阳能、智能空调建筑物温度的调节控制、废热回收等。因此其是未来热能应用的一个重要研究方向。随着科学技术的发展进步，将传统建筑材料与相变储能材料相结合，能够很好达到节能的目的，所以在建筑节能发展中，相变储能材料有着极好的应用。2建筑节能中相变储能材料的应用建筑围护结构中应用在常用的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。根据目前的研究与应用，制备建筑围护材料大多采用有机类相变储能材料，如添加脂肪烃或脂肪酸类、多元醇类等。脂肪烃或脂肪酸类是固-液相变材料，需要进行封装。多元醇类是固-固相变材料，通过晶型转换进行储能和释能。把相变储能材料加入石膏、混凝土等基础建材即可制备成相变储热建筑围护材料。首先，相变储能墙体材料，利用相变调温的原理，通过蓄能介质相态变化，使热能得到有效的储存，同时结合环境温度调整室内的温度。若环境温度比规定值低，液态的相变材料会变成固态，释放热量。若环境温度比规定值高，固态的相变材料会变成液态，吸收热量，保证室内温度平衡。与普通墙体材料相比，相变储能材料下的围护结构有很好的蓄热效果，改善室内环境，节约能源。在建筑围护结构中应用相变储能材料，还能够使围护结构的隔热功能得到强化，使能源高效利用。同时降低建筑物室内外之间的热流波动，使作用时间得到延长，保证室内环境的舒适性，使建筑物的空调以及供暖系统设计负荷得到降低，减少能源消耗。其次，相变储能采暖地板，这是相变材料与地板材料的结合，相变材料具有一定的蓄热能力，使地板的热惰性得到提升，减弱室内外的热流波动，延迟作用的时间，有效控制室内的温度，使建筑物具有一定的调节温度能力。在相变采暖地板结构中，相变材料需要满足其温度变化范围，提高相变潜热。供暖系统中的应用首先，有相变蓄热器的空气型系统，这种供暖系统主要涉及以下部分，分别是空气型太阳能集热器、集热器风机、相变蓄热器、负荷风机以及辅助加热器等。空气在太阳能集热器与相变蓄热器之间存在，相变蓄热器与负荷间有循环环路。相变蓄热器有很多矩形断面通道，空气可以在其中流动，并且通道是相互平行的，通道需要利用相变蓄热器相变材料分隔，白天利用相变材料储存太阳能，夜晚加热送风，保证夜间房屋需要的负荷得到满足。其次，太阳能水源热泵供热系统，这种系统冷凝器能够加热空气，保证房间中的供暖效果，蒸发器侧冷媒水系统主要包括相变蓄热器、太阳能集热器、蒸发器以及循环水泵等，相变蓄热装置是壳管式结构的，管侧封装相变材料。通过相变储能材料将太阳能进行吸收，然后利用冷媒水对太阳能进行释放，使其进入到蒸发器中作为制冷剂，实现供暖通风的目的。最后，地板辐射供暖系统，这种系统利用相变储能材料，储存太阳能以及夜间低价的电能，发挥相变材料中电加热丝的作用，使储存的热量能够被传递到地板层以及热阻材料上，实现供热的效果。地板辐射供暖系统需要的热媒温度不高，有很好的热舒适性，温度波动比较稳定，可以充分发挥太阳能等能源，实现节能效果，是一种比较理想的供暖方法。相变材料有很好的储能效果，并且在建筑节能中有了很好的应用，减少能源消耗，使室内环境得到改善。由于相变储能材料的发展应用时间不是很长，因此还需要提高重视程度，积极开发与研究，相信未来相变储能材料有很好的发展前景。更多关于工程/服务/采购类的标书代写制作，提升中标率，您可以点击底部官网客服免费咨询：

相变材料的研究进展具体内容是什么，下面中达咨询为大家解答。能源是人类社会生存和发展的血液,在电力供电引起的能源和环境危机越来越被人们关注的情况下,如何开发出新的绿色能源以及提高能源的利用率显得越发重要。现阶段,人们关心比较多的新能源是太阳能,但是太阳能利用和废热回收存在时间和空间上的不匹配的问题。相变储能材料可以从环境中吸收能量和向环境释放能量,较好地解决了能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾,有效地提高了能量的利用率。同时相变储能材料在相变过程中温度基本上保持恒定,能够用于调控周围环境的温度,并且能重复使用。相变储能材料的这些特性使得其在电力移峰填谷、工业与民用建筑和空调的节能、纺织品以及军事等领域有着广泛的应用前景。1 相变材料的研究进展1-1 相变材料的分类相变材料是可将一定形式的能量在高于其相变温度时储存起来,而在低于其相变温度时释放出来加以利用的储能材料。它主要由主储热剂、相变点调整剂、防过热剂、防相分离剂、相变促进剂等组分组成。相变材料种类很多,从所储能量的特点看,分为储热材料和储冷材料两类。从储能材料储能的方式看,可分为显热储能、潜热储能和化学反应储能3类。其中,潜热储能是利用相变材料的相变潜热来储热,储能密度大,储热装置简单、体积小,而且储热过程中储热材料近似恒温,可以较容易地实现室温的定温控制,特别适用于建筑保温节能领域。从蓄热的温度范围看,可分为高温、中温和低温3类。高温相变材料主要是一些熔融盐、金属合金;中温相变材料主要是一些水合盐、有机物和高分子材料;低温相变材料主要是冰和水凝胶。从材料的化学组成看,可分为无机相变材料、有机相变材料和混合相变材料三类。无机相变材料主要包括结晶水合盐、熔融盐、金属合金等无机物;有机相变材料主要包括石蜡、羧酸、酯、多元醇等有机物;混合相变材料主要是有机和无机共融相变材料的混合物。从蓄热过程中材料相态看,可分为固液相变材料、固固相变材料、固气相变材料和液气相变材料。由于后两种相变方式在相变过程中伴随有大量气体的存在,使材料体积变化较大,因此尽管它们有很大的相变焓,但在工程应用中很少被使用。固液相变材料主要包括水合盐和石蜡等。固固相变材料相变时不发生相态的转变,而是相变材料的晶型发生了变化,在晶型变化过程中有热量的吸收和放出。固固相变材料主要包括高密度聚乙烯、多元醇和具有层状钙钛矿晶体结构的金属有机化合物。1-2 相变材料的筛选和改进上个世纪80年代美国Dow化学公司对近2万种相变材料进行了测试,结果表明只有1%的相变材料有使用价值,它们是有合适熔点的水合盐以及一些有机相变材料。由于民用建筑对材料的性质与经济因素有严格的限制,适用于储能建材的相变材料就更少了。用于低能耗建筑的理想相变材料应满足以下几项要求:(1)相变材料的室内设计温度或者供暖、空调系统要求的温度范围内;(2)具有足够大的相变潜热;(3)相变时膨胀或者收缩要小;(4)相变的可逆性要好;(5)无毒性、无腐蚀性;(6)制作原料廉价易得。但是实际上,能够满足以上各种条件的理想相变材料是不存在的。所以,需要对相变材料进行改进。对相变材料的改进主要有以下两种方法:(1)将几种有机物配合成二元或者多元相变材料,也可以将有机物与无机物复合,从而制得合适相变温度以及相变潜热的相变材料。(2)制备一直保持固体形状的固液相变材料。这类相变材料的主要组成成分有两种:工作物质和载体基质。前者用来储能,主要是固液相变材料;后者可以保持材料的不流动性和可加工性,载体基质的相变温度一般都较高,载体基质不仅要有结构材料的一般特性,还要与相变材料相容、无腐蚀、无化学反应及成本低等。1-3 相变材料的制备方法目前制备相变材料的方法主要有以下3种:(1)基体材料封装相变材料法基体材料封装相变材料法就是把基体材料按照一定的成形工艺制备成微胶囊、多孔或三维网状结构,再把相变材料灌注于其中或把载体基质浸入熔融的相变材料中。其中微胶囊化技术包括界面聚合法和原位聚合法:(1)界面聚合法是将两种反应单体分别存在于乳液互不相溶的分散相和连续相中,而聚合反应是在相界面上发生的。这种制备微胶囊的工艺优点为可以在常温下操作,而且方便简单、效果好。缺点是对壁材要求较高,被包覆的单体要有较高的反应活性;制备出的微胶囊夹杂有少量未反应的单体;界面聚合形成的壁膜的可透性一般较高,不适于包覆要求严格密封的芯材等。(2)原位聚合法的技术特点是:单体和引发剂全部置于囊心的外部且要求单体可溶,而生成的聚合物不溶,聚合物沉积在囊心表面并包覆形成微胶囊。(2)基体和相变材料熔融共混法本方法是利用相变物质和基体的相容性,熔融后混合在一起制成组分均匀的储能材料。此种方法比较适合制备工业和建筑用低温的定形相变材料。(3)混合烧结法本方法首先将制备好的微米级基体材料和相变材料均匀混合,然后添加一定量的外加剂球磨混匀并压制成形后烧结,从而得到储能材料。1-4 相变材料的表征相变材料的表征目前没有统一的标准,李栋[1]等人给出了4种较为全面的表征方法,包括差示扫描量热法(DSC)和热分析法(TA)、TG分析法、时间-温度曲线法以及扫描电镜法(SEM)。扫描量热法(DSC)和热分析法(TA)主要用来表征相变材料的储能温度范围和储能密度。TG分析法主要是用来研究相变材料的稳定性和储热能力。时间-温度曲线法主要是用来测量相变材料完全相变的时间,从而计算其导热系数。扫描电镜法(SEM)主要是用来观测相变材料的断面,以确定其结构的均匀性和稳定性。2 相变储能材料在建筑领域的应用2-1 相变储能材料在建筑中的应用历史与现状相变材料应用于建筑的研究开始于1982年,由美国能源部太阳能公司发起。1988年起由美国能量储存分配办公室推动此项研究。Lane在其著作《太阳能储存———潜热材料》一书中对20世纪80年代初以前相变材料和容器的发展作了总结。20世纪90年代以相变材料处理石膏板、墙板与混凝土构件等建筑材料的技术发展起来了,随后,相变材料在石膏板、墙板与混凝土构件的研究和应用得到了发展,主要目的是增强轻质结构的热容。美国Neeper估计相变墙板能转移居民空调负荷中90%的显热负荷到用电低谷期,可降低30%的设备容量。Oakbridge国家实验室在1990年得出结论:在太阳房中,相变墙板能明显降低附加能量的消耗,回报期大约是5年。日本的Kanagawa大学和TokyoDenki大学的研究人员对相变墙板的储热性能进行了研究。他们得出了相变墙板的使用使得热负荷更加平缓,辐射域更加舒适,用电量下降,有消减峰负荷的可能的结论。国内对相变建筑材料的研究起步较晚,张寅平研究了无水乙酸钠和尿素的共混物,其相变温度在28~31℃。同济大学则主要以工业级的硬脂酸丁酯为相变材料进行建筑节能混凝土材料的研究。2-2 建筑用相变储能材料的封装技术相变材料与基材的结合方式主要有直接加入、浸泡和封装3种。直接加入法便于控制加入量,浸泡法则可对成品建筑材料进行处理。但是,采用这两种方法制备的相变储能建材耐久性差,主要表现为相变工质的泄露和对基材的腐蚀。封装方法有效地解决了上述问题。封装包括大体积封装和微体积封装。大体积封装是将相变材料装入管件、袋子、板状容器或者其他容器中,这种容器化相变材料已经被市场应用到太阳能领域,但是由于其在相变时与环境接触的面积太小,使得能量传递不是很有效。因此,微体积封装越来越吸引人们的眼球。微观封装,是指把载体基质做成微胶囊、多孔泡沫塑料或者采用易成膜物质。现阶段将相变材料微胶囊化研究的较多。微胶囊相变材料可与传统建筑材料直接复合,工艺简单,化学性能稳定,储热量高,导热率高。2-3 相变储能材料的相变机理。更多关于工程/服务/采购类的标书代写制作，提升中标率，您可以点击底部官网客服免费咨询：

储热。相变储热材料储热密度高，可以直接转换到供暖终端，提高热转换效率，因为能源在消费使用终端75%，还是通过热能来实现的。人们普能只重视电池等储电技术的使用，却忽视了储热才是低成本、高效率的储能方式。用相变基蓄热材料储热取热，并可通过多档开关控制电发热管加热快速过热板取热。