相变储能材料

1、相变储能建筑材料相变储能建筑材料前言前言相变材料（相变材料（PCMPCM） n 相变材料（Phase Change Materials，简称PCM）是指在一定温度范围内，物理状态或分子结构发生转变的一类材料。它们在物理状态或分子结构发生转变过程中，可以吸收环境的热量，并在需要时向环境释放出热量，从而达到控制周围环境温度的目的。以固一液相变为例以固一液相变为例 固态固态液态液态吸收并储存热量吸收并储存热量放出热量放出热量前言前言n 结晶水合盐类结晶水合盐类n 熔融盐类熔融盐类n 金属或合金类金属或合金类n 有机有机n 无机无机混合类混合类 无机材料类无机材料类有机材料类有机材料类n 石蜡石蜡 n

2、 脂肪酸脂肪酸 n 其他有机物其他有机物 按照材料的性质和组成可分为：按照材料的性质和组成可分为：按相变前后的物态可分为：按相变前后的物态可分为：固固固相变材料固相变材料 固固液相变材料液相变材料固固气相变材料气相变材料 液液气相变材料气相变材料 Logo前言前言相变节能材相变节能材料的应用料的应用 空调蓄冷空调蓄冷 太阳能热太阳能热水系统水系统 医药工业医药工业 （热袋）（热袋） 现代农业现代农业 （温室）（温室）纺织行业纺织行业 （睡袋）（睡袋）电子行业电子行业建筑材料建筑材料相变储能建筑材料相变储能建筑材料建筑节能用相变储能材料要符合的要求建筑节能用相变储能材料要符合的要求 ：n 具体较

3、高的具体较高的储热能力储热能力和和热传导热传导性能性能 n 相变温度要适合应用的环境要求，一般要求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接近人体的舒适温度温度 n 发生吸放热温度变化时相变材料的发生吸放热温度变化时相变材料的体积变化小体积变化小n 相变相变可逆性好可逆性好，保证使用寿命长，保证使用寿命长n 材料材料价廉易得价廉易得n 材料材料无毒、无腐蚀性无毒、无腐蚀性 Logo封装法的制备工艺封装法的制备工艺Diagram 2 微胶囊封装技术微胶囊封装技术 微胶囊技术是一种用成膜材料把固体或液体包覆使形成微小粒子微胶囊技术是一种用成膜材料把固体或液体包覆使形成微小粒子的技术。得

4、到的微小粒子称微胶囊，一般粒子大小在的技术。得到的微小粒子称微胶囊，一般粒子大小在2-1000um2-1000um范围内。范围内。微胶囊粒子的形态多种多样。微胶囊粒子的形态多种多样。囊心囊心（PCMPCM）相变储能建筑材料相变储能建筑材料相变材料相变材料 + + 建筑材料建筑材料如 何 结 合 ？n直接结合法直接结合法（相变材料直接与建材基体混合（相变材料直接与建材基体混合 ）n浸泡法（通过浸泡将相变材料渗入多孔的建材基体中）通过浸泡将相变材料渗入多孔的建材基体中）n封装法 前两种方法建材耐久前两种方法建材耐久性差，主要表现为相性差，主要表现为相变工质的泄漏和对基变工质的泄漏和对基材的腐蚀材的

5、腐蚀 相变储能建筑材料相变储能建筑材料PCMPCM封装法封装法 先将相变材料进行封装先将相变材料进行封装改性处理改性处理，以防止液体泄漏，以防止液体泄漏，再与建筑材料混合。再与建筑材料混合。封装法可分为三种封装法可分为三种：（1 1）将小的球形或杆形的颗粒封装在薄的高分子膜中，形成）将小的球形或杆形的颗粒封装在薄的高分子膜中，形成相变胶囊相变胶囊，一，一般采用般采用微胶囊技术微胶囊技术或纳米复合技术把相变材料封装成能量微球，从而制备出或纳米复合技术把相变材料封装成能量微球，从而制备出复合定形相变材料复合定形相变材料。 （2 2）多孔骨料即作为相变材料的载体，以轻骨料的形式存在于建材中，利）多孔

6、骨料即作为相变材料的载体，以轻骨料的形式存在于建材中，利用具有大比表面积微孔结构的无机物作为支撑材料，通过用具有大比表面积微孔结构的无机物作为支撑材料，通过微孔的毛细作用力微孔的毛细作用力将液态有机储热材料将液态有机储热材料吸入到微孔内吸入到微孔内，形成有机，形成有机/ /无机复合相变储热材料。无机复合相变储热材料。 （3 3）将）将PCMPCM吸入分割好的特殊基质材料中，形成柔软、可以自由流动的吸入分割好的特殊基质材料中，形成柔软、可以自由流动的干粉末干粉末，再与建筑材料混合。，再与建筑材料混合。Logo微胶囊相变材料微胶囊相变材料物理化学物理化学法法 Diagram 2 Diagram 2

7、机械加工机械加工法法 化学法化学法制备工艺制备工艺复凝聚法、单凝聚法、复凝聚法、单凝聚法、溶剂一非溶剂法溶剂一非溶剂法 界面聚合法、原位界面聚合法、原位聚合法聚合法 喷雾法、空气悬浮喷雾法、空气悬浮法、真空镀膜法、法、真空镀膜法、静电结合法静电结合法 Logo相变储能石膏板相变储能石膏板 PCM在建筑节能中的应用在建筑节能中的应用 1相变储能混凝土相变储能混凝土 2保温隔热材料保温隔热材料 3相变涂料相变涂料 4相变蓄热地板相变蓄热地板 5Logo相变储能石膏板相变储能石膏板 美国美国FloridaFlorida科技大学科技大学 用脂肪酸、短链酸和甲基脂的混合物以及短链酸的混用脂肪酸、短链酸和

8、甲基脂的混合物以及短链酸的混合物作为相变材料，用灰泥板作基材，通过直接浸泡法制合物作为相变材料，用灰泥板作基材，通过直接浸泡法制备出相变储能墙板。备出相变储能墙板。 结果表明，当温度变化在结果表明，当温度变化在11.111.1以上时，该种相变墙以上时，该种相变墙板的板的贮热能力是普通墙板的贮热能力是普通墙板的2.12.1倍倍。Logo相变储能混凝土相变储能混凝土 把相变材料复合到大体积混凝土中，以制得相变温控混把相变材料复合到大体积混凝土中，以制得相变温控混凝土。相变温控混凝土具有温度自调节功能。凝土。相变温控混凝土具有温度自调节功能。 相变温控混凝土不但能有效降低大体积混凝土内部温升相变温控

9、混凝土不但能有效降低大体积混凝土内部温升速率，延缓峰值出现时问，有效防止或预防因水泥水化热所速率，延缓峰值出现时问，有效防止或预防因水泥水化热所引起的早期热裂缝，改善材料的耐久性，而且在大体积混凝引起的早期热裂缝，改善材料的耐久性，而且在大体积混凝土内部中不需要采用设置冷却水管等降温措施，从而简化了土内部中不需要采用设置冷却水管等降温措施，从而简化了其施工工艺，节省了工程造价。其施工工艺，节省了工程造价。Logo保温隔热材料保温隔热材料 美国俄亥俄州戴顿大学美国俄亥俄州戴顿大学 成功研制出用于建筑保温的固一液共晶相变材料，其成功研制出用于建筑保温的固一液共晶相变材料，其固液共晶温度是固液共晶温

10、度是23.323.3。当温度高于。当温度高于23.323.3时，晶相熔化时，晶相熔化并积蓄热量，一旦气温低于这个温度时，结晶固化再现晶并积蓄热量，一旦气温低于这个温度时，结晶固化再现晶相结构，同时释放出热量。相结构，同时释放出热量。 在墙板或轻型混凝土预制板中浇注这种相变材料，可在墙板或轻型混凝土预制板中浇注这种相变材料，可以保持室内温度适宜。以保持室内温度适宜。Logo相变涂料相变涂料 用含相变材料的微胶囊制备涂料，或用多孔超细材料复用含相变材料的微胶囊制备涂料，或用多孔超细材料复合作为涂料的主要填充介质制备涂料。合作为涂料的主要填充介质制备涂料。 这种涂料可以用在新建建筑中，也可以用来提升

11、老房屋这种涂料可以用在新建建筑中，也可以用来提升老房屋的储热能力，有利于相变储能建筑材料的推广使用。的储热能力，有利于相变储能建筑材料的推广使用。 中国建筑材料科学研究院与北京首创纳米科技有限公司中国建筑材料科学研究院与北京首创纳米科技有限公司利用多孔超细利用多孔超细SiOSiO2 2等材料复合作为隔热涂料的主要填充等材料复合作为隔热涂料的主要填充介质，开发出低成本、高隔热性的涂料。介质，开发出低成本、高隔热性的涂料。Logo相变蓄热地板相变蓄热地板 相变材料在地板中的应用，一般都会结合电加热方式，相变材料在地板中的应用，一般都会结合电加热方式，以组成电加热相变蓄热地板采暖系统。地板采暖使得室内水以组成电加热相变蓄热地板采暖系统。地板采暖使得室内水平温度分布均匀，垂直温度梯度小，不仅符合人体平温度分布均匀，垂直温度梯度小，不仅符合人体“足暖头足暖头凉凉”的需要，而且采暖能耗较低，接近理想的采暖方式。的需要，而且采暖能耗较低，接近理想的采暖方式。 有学者建立了电加热相变蓄热地板采暖系统热性能的理有学者建立了电加热相变蓄热地板采暖系统热性能的理想模型，并模拟了该系统在北京、上海、大连和哈尔滨等想模型，并模拟了该系统在北京、上海、大连和哈尔滨等4 4个个地区的使用效果。结果表明