相變儲能材料及其在綠色建材領域的運用

賀金龍

摘?要：在社會生產中所消耗的能源量逐漸增大，致使我國的能源問題日益加劇。為了改善上述問題，應積極探索提升能源利用率的方法，相變儲能材料就是在此基礎上被研發的新型環保材料，具有節能環保的特性，在實際應用中可以借助物相變化的反應，從周邊環境中吸取一定的熱能，并且在特定的時間進行熱量釋放，可以有效起到調節環境溫度的作用。下文就對其在建材領域中的應用展開探討，旨在對建筑空間內的余熱和太陽能能源進行合理利用，提升建筑工程的節能效益。

關鍵詞：相變儲能材料;儲能特點;綠色建材領域

能源問題已經成為現階段制約我國社會經濟可持續發展的關鍵性問題，在社會生產和建筑施工中的能源消耗量相對較大，對能源問題造成的影響不可忽視，迫切需要找出正確的能源利用方法，降低能源損耗，提升能源利用率。而相變儲能材料在建筑施工中的應用可以有效改善能源使用問題，借助材料的儲能性能，實現對環境能源的儲存與應用，可在很大程度上降低空調和取暖器的使用量，從而降低建筑能源消耗，對于改善我國的能源問題具有積極意義。

一、相變材料的儲能機理分析

實際上相變儲材料利用的過程，就是從周邊環境中吸取熱量和釋放熱量的過程，其吸熱和放熱的過程會受到周邊環境溫度變化的影響，即環境溫度超出自身材料溫度時會進行吸熱操作，而當環境溫度低于材料溫度時，則會進行放熱操作，這也是其在空間溫度調節中發揮作用的重要表現。相變儲熱材料根據成分的不同，可以被細分為無機、有機和混合三個類型，從熱能的儲存層面來講，分為潛熱、顯熱和化學儲能;從溫度層面來講，分為低溫、中溫和高溫儲能;從物理層面來講，其狀態表現為固-固、固-液、液-氣和固-氣幾種。其中的固-液材料是現階段較為常用的相變材料，而其他類型的材料因在發生相變反應時的體積變化幅度相對較大，不適宜在建材領域應用。

二、相變儲能材料的制備

（一）聚合物定型材料的制備

利用具有三維網狀結構的高分子聚合物與相變材料熔融共混，將相變材料包覆起來，形成聚合物定型相變儲能材料。Liu等以低熔點石蠟為工作物質，嘗試以PS、PP和PE作支撐材料，通過熔融混合制備了3種聚合物定型相變儲能材料。該研究指出石蠟經聚烯烴包覆之后，相變溫度有所降低，而相變焓有所提高。

（二）微膠囊定型材料的制備

微膠囊定型相變儲能材料是指利用微膠囊封裝相變材料。將相變材料制成細小顆粒后，利用界面聚合法、原位聚合法等將球狀顆粒包裹在膠囊內，以保證相變材料的穩定性，防止固-液相變發生泄漏。胡大為等人用環氧樹脂作外殼材料，將液體石蠟與固體石蠟混合制成適合常溫的復合相變材料，并將水均勻分散其中，添加適量表面改性劑，制備含水型環氧樹脂基相變微膠囊。其相變過程中無泄漏、開裂等現象產生，綜合性能好。

三、相變儲能材料在綠色建材領域中的運用

利用相變類材料進行節能建材的制作，在實際使用中可以良好的利用空間余熱和太陽能，實現對能源的合理利用，并且有助于調節空間溫度，在不借助空調類調溫設備的情況下，為人們營造舒適的居住空間。從現階段的應用狀況來看，多被應用到墻板、地板和門窗等建材的制造中，所形成的復合型材料可以發揮良好的節能環保作用。

（一）在墻板材料中的應用

相關學者將石膏板、混凝土板和木質水泥材料作為墻體和地板的主體制作材料，并對其溫度機理進行分析。為了探究相變材料的儲能作用和溫度調節作用，在石膏板和聚氯乙烯板中添加了適當的相變材料，并且對添加量不同的石膏板和聚氯乙烯板的溫度變化量進行了對比研究。結果顯示，當相變材料的添加量為35%時，建筑材料的溫度調節效果最佳。此外，也有學者對含有P cm的石膏灰泥材料進行溫度變化值研究，通過兩年左右的觀察與對比研究得出，微膠囊化的P cm灰泥應用在建材中，可使室內溫度的變化幅度處于2.76℃左右，相對來說，室內溫度較為穩定，舒適度也較好。

（二）在地板材料中的應用

對于相變儲能材料在地板材料中的應用表現出了突出的應用優勢，已經實現了對高蓄熱底板采暖系統的研發與應用。其主要是由保溫層、加熱層和能量小球共同組成，在對該類材料進行加工時，有效減小了地板材料的厚度，在裝飾裝修的過程中，可以在其表面鋪設瓷磚和地毯等裝飾物。澳大利亞的TEAP公司所研發的15種產品已經被成功應用到建材領域、冷藏和廢熱回收領域中，發揮出了良好的應用效果。

（三）在玻璃窗中的應用

以相變材料為主的玻璃窗屬于新型節能環保材料的一種，在建筑施工中的應用表現出了較好的調溫效果。相關研究顯示，同種溫度環境下，相變類玻璃窗的熱傳遞量相對較少，相對應的在高溫天氣下，相變類玻璃窗可以阻隔更多的熱量，降低室內溫度，營造更為舒適的居住空間。在對以十水硫酸鈉為主的相變材料進行研究時，可以得出，在玻璃窗中的應用，夏季極端的保溫效果較高，能夠發揮良好的控溫作用，而在冬季時，控溫作用并不突出，但與普通玻璃材料相比，年耗能量可降低40%左右，可見其在建材領域中應用具有突出的節能優勢。

四、結語

相變儲能材料的研發與應用為建筑節能創造了良好的條件，在相關學者的不懈努力下，已經生產出了多種節能性能良好的建筑材料，其中以墻板材料、地板材料和門窗材料為主。文中對相變儲能材料在上述建材中的應用與研究進展進行了闡述，希望引起更多施工單位的重視，加大對相變材料的使用力度，從根本上控制建筑能源消耗，提升建筑物的節能性能。當前，已有學者展開了對相變材料與木塑材料的融合應用研究，在現階段的室內裝飾中，木質材料的應用率較大，如果能夠實現對其的有效研發與應用，必定能更好的發揮相變材料的儲能性能。

參考文獻：

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[2]沈澄，徐玲玲，李文浩.相變儲能材料在建筑節能領域的研究進展[J].材料導報，2015，29（5）：100-104.