相變材料在綠色儲糧中的應用探討

李玉

摘要：相變材料能夠儲存或釋放顯熱，在熔化或凝固過程中雖然溫度不變但吸收的潛熱卻相當大。根據相變材料可以吸收環境熱能并在需要時向環境發出熱能的特征，研究相變材料在糧食倉儲中的應用，減小外界環境對糧倉溫度的影響，達到恒溫綠色生態儲糧的目的。

關鍵詞：相變材料；熱能；冷能；綠色生態儲糧

中圖分類號：S229+.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）03-0054-02

1 相變儲能材料特點

相變材料（Phase Change Materials，PCM）也稱相變儲能材料，屬于能源材料范疇。概括來說，是指能被利用其在物態變化時所吸收（放出）的大量熱能用于能量儲存的材料。簡單說，就是指那些在相變時儲能密度高、性能穩定、相變溫度適合和性價比優良，能夠被用于相變儲能技術的材料。

相變儲能技術是以相變儲能材料為基礎的高新技術，儲能密度大且輸出的溫度、能量相當穩定，具有顯熱儲能無法比擬的優勢。儲能技術可解決能量供求在時間和空間上不匹配的矛盾，是提高能源利用率的有效手段。能量儲存方式包括機械能、電磁能、化學能和熱能儲存等。熱能儲存又包括顯熱儲存和潛熱儲存，顯熱儲存是利用材料所固有的熱容進行的；潛熱儲存又稱相變儲能，是利用被稱為相變材料的物質在物態變化時吸收或放出大量潛熱進行的。

相變儲能材料是基礎，因此，相變儲能技術領域首先研究和開發相變潛熱大、性能穩定和性價比高的相變材料。其次是應用相變材料，主要涉及儲能元件、儲能換熱器和儲能系統的相變傳熱，相變材料與換熱流體的對流耦合換熱，材料的腐蝕與防護，系統設計等方面。除對傳統的無機鹽、無機水合鹽、有機和金屬相變材料進行研究外，近年來，對新相變儲能材料的研制呈現從無機到有機、從單一成分到復合材料、從宏觀到納米/微膠囊化的趨勢，定形相變材料、相變材料微膠囊化、功能儲能流體等及其在建筑、太陽能等領域的應用成為研究熱點。但在糧食行業的應用還處于空白狀態，有待研究探討。

2 綠色儲糧現狀與存在的問題

綠色生態儲糧技術，即以儲糧生態學為理論基礎，在糧食儲藏過程中盡量少用或不用化學藥劑，以調控儲糧生態因子為主要手段，從而保護環境、避免儲糧污染、確保儲糧安全、使人們吃到新鮮營養可口無毒放心糧的技術。

糧食低溫儲藏技術是綠色生態儲糧技術的首選應用方法和主要發展方向。目前，儲糧倉大多存在倉體與倉頂隔熱效果差、易受外界條件影響等缺點，糧食表層溫度易受其影響，對綠色生態儲糧極為不利。所以在綠色儲糧過程中，應重點解決糧食在大型倉儲庫房內散儲時存在的糧堆溫差變化大、倉房保溫隔熱效果差、溫度調控能源消耗大等突出問題。

自20世紀50年代起，我國的糧食倉儲科技人員逐步開展利用自然低溫以及自然低溫輔助機械通風進行低溫儲糧的研究和實踐。隨著科技發展，自80年代起，借助制冷劑和空調實現機械制冷的低溫儲糧技術相繼出現，但因受到季節、地域、費用及倉儲設施條件等限制，利用自然低溫條件及機械制冷設備實現糧食常年低溫儲藏的技術，在我國至今沒有得到大規模推廣應用。

直到1998年后，為改善倉儲設施，國家利用343億元國債資金在全國范圍內新建500億kg倉容的國家糧食儲備庫。這些新建庫全部配置了整倉通風系統、糧情檢測系統等裝備，其中首批國儲庫建設項目還配備了谷物冷卻機，為低溫儲藏技術在我國進一步推廣應用奠定了良好基礎。我國初步建立了包括自然低溫、機械通風低溫、谷物冷卻機低溫三項主要技術措施和以改造倉房增強隔熱保溫效果為重點的低溫儲糧技術體系。低溫儲糧在我國應用還較少，真正實現全年低溫儲藏的糧食也很少。究其原因，主要是低溫儲糧成本過高。為此，有關人員進行了多方面的研究。

3 相變材料在綠色儲糧中應用的可行性

通過對相變儲能材料在墻體隔熱、糧面壓蓋等部位的能量轉換機理研究，揭示相變儲能材料在綠色生態儲糧溫控系統能量轉化規律，以及不同季節倉內溫度變化規律，提出相變儲能材料適合綠色生態儲糧調控系統工藝技術參數，確定一種經濟適用、能量轉化效率高、保溫隔熱效果好、適于綠色生態儲糧溫控技術的新材料、新技術。

具有合適的相變溫度和較大相變潛熱的物質，一般情況下均可作為相變儲熱材料，但在糧食儲藏的應用上必須綜合考慮材料的物理和化學穩定性，以及熔融材料凝固時的過冷度對材料的腐蝕性、安全性及價格水平。可應用于糧食儲藏的相變儲能材料必須是無毒無害的物理材料，目前的應用技術尚不成熟。可應用在糧倉中的相變材料分：無機相變材料、有機相變材料、有機與無機混合相變材料。其優點是：比普通谷物冷凍機成本低，全年溫度平穩，不易出現結露、結霜等現象。目前，市面上的相變材料越來越多，可以應用到糧食儲藏的相變材料也越來越多，成本會隨之降低。

3.1 無機相變材料

該類相變儲能材料主要是利用固體狀態下不同種晶型的轉變進行吸熱和放熱，通常它們的相變溫度較高，適合于高溫范圍內的儲能和控溫。優點是使用范圍廣、價格便宜、導熱系數較大、溶解熱大、體積儲熱密度大、一般呈中性。

3.2 有機相變材料

在固體狀態時成型性較好，一般不容易出現過冷和相分離現象，材料的腐蝕性較小，性能比較穩定，安全。

3.3 有機與無機混合相變材料

大部分用無機材料來平衡溫度，少部分用有機材料進行調整，實現階梯性降溫，這樣能降低成本和增加在糧庫中應用的推廣價值。

在實際應用過程中，要找到滿足理想條件的相變材料并不困難。因此人們往往先考慮合適的相變溫度和較大的相變熱，再考慮各種影響研究和應用的綜合性因素。

4 結語

隨著科技發展，各行各業都不斷有新技術涌出。糧食是關系民生建設的基礎，綠色安全的生態儲糧技術更是重中之重。在糧食領域，相變儲能材料不但可以有效降低倉內溫度、改善糧倉環境，也為綠色儲糧奠定了基礎。因此，相變儲能材料在將來必定有著廣闊的應用前景和市場需求。

相變儲能材料研究正成為世界范圍內的研究熱點，具有各種不同性能的相變儲能材料正在快速地被開發出來，并不斷地為這些材料的應用拓展新領域。同時，針對某種應用領域，人們不斷地設計相變材料來滿足對材料性能的要求。材料與其應用的相互促進作用，在相變儲能材料近年來的研究中表現得非常明顯。另一方面，針對某種應用領域的要求，不僅要依靠材料研究人員本身的努力，還應該與工藝、結構等方面的研究人員大力合作，使已有材料性能發揮到最佳狀態。