相变储能材料的发展状况与应用前景概述

相变储能材料技术是近年来热领域和新材料领域新兴的研究热点,该技术对建筑节能、解决能源紧张有着重要的应用价值。本文主要介绍了相变储能材料的相变机理及分类,对现阶段国内外具有应用价值的相变材料进行了探讨,并分析了在相变材料在实际建筑护围中应用状况。     

新型相变储能材料的研究

相变储能材料技术是近年来材料领域新兴的研究热点,该技术对建筑节能、解决能源紧张有着重要的应用价值．笔者主要介绍了相变储能材料的相变机理及分类,以及利用低共熔点原理制备一种新型的“相变合金”．并采用活性炭及废弃硅藻土对制备的相变材料进行吸附．通过实验研究,制备了一种储热密度大、相变温度较低、适于在建筑结构中的固-固型相变材料．     

相变储能建筑材料的应用研究进展

利用相变材料的相变潜热来实现能量的贮存和利用,有助于开发环保节能型复合材料.通过将相变材料与建筑材料基体复合,可以制成相变储能建筑材料.本文介绍了相变材料的发展过程、相变蓄能围护结构材料的制备方法,并对用混凝土、石膏板、保温隔热材料及砂浆等建筑材料与相变材料复合制成的相变储能建筑材料进行了阐述,提出了相变储能材料在建筑材料中的发展方向.     

新材料与新工艺

纳米储热建筑材料南京工业大学主持的“有机/无机纳米复合储热建筑材料的研究”项目通过有关专家鉴定和验收。该项目以我国大量的蒙脱土为载体,利用其晶体层状结构、C轴可膨胀性大、阳离子交换容量大的特点,引入有机或无机相变材料,研制出无分层、无过冷现象、相变温度适宜的储能节能相变材料,顺应了我国建筑节能技术的发展要求。实验表明,该技术节能30%以上。据介绍,通过智能型的控制装置,可让储能节能相变材料变被动为主动式相变,即利用峰谷电,在谷电时加热,把热能储存起来,在峰电时使其放热。这样既可以降低空调开机时间,又可以避开峰电…     

相变储能材料的研究进展

介绍了相变储能材料的分类和特点,以及国内外最新的研究进展;讨论了相变材料的制备方法、模拟研究和存在的问题;提出了相变储能材料模型;探讨了相变材料在建筑领域的应用和发展前景。     

夏季昼夜温差较大地区相变墙蓄冷可行性分析

目的把相变储能技术应用在夏季昼夜温差较大地区，使相变墙夜间通过通风蓄冷。调节室内温度．方法从降低建筑能耗和利用可再生能源的角度出发，选取癸酸（CA）、月桂酸（LA）两种有机混合物作为相变材料，将建筑材料浸入有机相变材料中制成一种新型复合储能构件。对气象数据以及相变材料进行了分析和实验测试．结果通过测试可知选取的有机混合物的相变温度为18．491～24．262℃，符合室内舒适温度范围．通过对气象数据以及对相变材料的实验测试分析可知．昼夜温差较大地区夏季可以应用相变储能墙板实现夜间通风蓄冷，白天吸收室内多余的热量，调节室内温度，提高室内的舒适性．结论相变墙板的应用使室内和室外之间的热流波动幅度减弱。外扰作用时间被延迟，从而可以降低建筑物供暖、空调系统的设计负荷，达到节能的目的．     

UF/石蜡储能微胶囊的制备与表征

以石蜡为囊芯,尿素-甲醛树脂为囊壁,运用原位聚合法合成相变储能微胶囊材料.采用光学显微镜观察微胶囊形成过程,扫描电子显微镜观察微胶囊的表面形貌和壁厚,用红外光谱仪表征微胶囊的化学成分,用差示扫描量热仪研究微胶束相变储能性能.研究表明,脲醛树脂可有效包覆石蜡,形成粒径分布均匀的相变储能微胶囊,该材料具有储能效果,可用于设计储能建筑材料.     

水合硝酸锰复合果壳多孔碳的相变热储能研究

开发具有较高潜热的蓄热型相变材料可以满足工程热能管理应用和建筑节能的需求,而且充分利用材料的相变潜热储能有助于缓解全球传统能源不足的问题。文章采用真空浸渍法,制备水合硝酸锰(Mn(NO_3)_2·6H_2O)/果壳多孔碳基复合相变材料,通过多种测试技术手段对其微观结构和热性能进行了分析,并研究了相变材料在多孔碳中的相变行为和热储能机制。结果表明:摩尔浓度为1.67 mol/L的复合相变材料MNCPCM-2具有均匀的Mn(NO_3)_2·6H_2O颗粒分布和较大的比表面积,其熔化相变温度T_m、相变潜热焓ΔH_1分别为27.6℃和173.6 kJ/kg,存储效率为95.7%;经过1 000次热循环,其熔化相变温度提高了13.0%,相变潜热焓降低了20.6%,最小存储效率为92.1%,且过冷度和失重较小,具有优良的相变储热和热稳定性及较好的热循环性能。     

相变材料在建筑围护结构中的应用

建筑围护结构中采用相变材料可以有效地解决室内环境舒适度、节能和环保三方面平衡问题。本文介绍了该领域的基础理论和国内外的研究成果,并提出了今后在多种相变材料的应用、相变建筑围护结构的保温隔热性能分析以及相变材料与建筑材料的融合问题等方面仍需进一步研究的方向。     

相变材料在建筑围护结构中的应用

建筑围护结构中采用相变材料可以有效地解决室内环境舒适度、节能和环保三方面平衡问题。本文介绍了该领域的基础理论和国内外的研究成果，并提出了今后在多种相变材料的应用、相变建筑围护结构的保温隔热性能分析以及相变材料与建筑材料的融合问题等方面仍需进一步研究的方向。     

新型三元双向相变制冷模型的建立与数值模拟

目的结合峰谷电价、室外自然冷源和相变储能三种节能技术,研究开发一种新型的三元双向板壳式换热储能模型．方法选取癸酸和月桂酸的混合物作为室温相变材料,利用计算流体动力学（CFD）软件对制冷剂单独制冷、室外自然冷源单独制冷以及联合制冷三种过程进行了数值模拟,由模拟得到的制冷过程中的PCMs的液相分数及温度场分布图,分析了其换热机理．结果制冷过程进行4h后,联合制冷液相分数由1变为0,制冷剂单独制冷液相分数由1变为0．7,室外自然冷源单独制冷液相分数由1变为0．2．结论联合制冷中,相变材料与冷冻水换热和相变材料与冷空气的换热互相耦合,与制冷剂单独制冷和室外自然冷源单独制冷相比,缩短了制冷时间,提高了能源利用率．     

蓄能型太阳能热泵系统中复合材料蓄热过程研究

设计了一种分季节蓄能型太阳能热泵热水系统,集太阳能集热容器、相变储能容器、热管于一体,利用Fluent软件对蓄能型太阳能集热器开展了数值模拟,使用Solidification/Melting和VOF模型模拟癸酸/62#石蜡复合相变材料蓄热过程,并采用Boussinesq近似法考虑了自然对流的影响. 结果表明,在集热器内只充灌单一相变材料不能满足不同季节蓄能型热泵系统的供热水需求. 由癸酸和62#石蜡组成的复合相变材料在蓄能过程中出现了两个相变温度,分别在32.66 ℃和59.45 ℃,可以满足本系统不同季节的蓄热需求. 蓄热过程中,由于癸酸和62#石蜡本身密度差以及浮升力的影响,真空管纵向截面出现了温度分层现象. 结果可为复合相变储能材料的推广应用提供可靠的理论依据.     

蓄能供热型太阳能集热器结构优化

提出一种蓄能供热型太阳能集热器,将太阳能真空集热管、重力热管蒸发段、热泵蒸发器和相变材料集于一体,可有效克服太阳辐射波动性影响,结构紧凑,集热效率高. 利用FLUENT软件模拟研究蓄能供热型太阳能集热器内相变材料的蓄放热特性. 对比分析集热器内不同结构:重力热管蒸发段和蒸发器管路采用并排布置或三角布置时相变材料的温度场和速度场,结果表明,并排布置方式优于三角布置方式,相变材料完全熔化时间可缩短22.6%,完全熔化时相变材料储存的热量更多. 研究集热器倾斜角度对相变材料蓄热/释热过程的影响,结果表明,蓄热过程倾斜放置比竖直放置时相变材料的完全熔化时间缩短了约28%,而释热过程完全熔化时间不受倾斜角度的影响. 最后研究了相变材料的相变温度和相变潜热对相变过程的影响,结果表明,在能够满足相变材料蓄热所需的相变温度范围内,应选取相变温度较低、相变潜热较大的相变材料.     

膨胀珍珠岩/有机羧酸复合相变储能材料试验研究

用膨胀珍珠岩多孔基体与有机羧酸进行物理复合,制备建筑储能材料,通过SEM分析了复合储能材料的微观结构,通过DSC测试其相变温度、相变焓.结果表明:辛酸、月桂酸和豆蔻酸与膨胀珍珠岩的最佳吸附量约为55%、45%、40%,膨胀珍珠岩/辛酸复合相变储能材料有合适的相变温度,膨胀珍珠岩/豆蔻酸复合储能材料有较高的相变焓.     

原位反应烧结制备熔盐/尖晶石复合高温相变储能材料的研究

以电熔镁砂和白刚玉为镁铝尖晶石陶瓷基体原料,以氯化钾、氟化钾复合盐为相变材料,用原位反应烧结法制备熔盐/尖晶石复合高温相变储能材料,研究烧结温度、熔盐含量对熔盐/尖晶石相变储能材料性能的影响。采用XRD和SEM对材料进行表征,通过DSC分析测定材料相变潜热,结果表明,烧结温度为1 000℃和熔盐含量为40%时,所制备的储能材料的相变潜热为70.98 kJ/kg,蓄热密度为240 kJ/kg（ΔT=100℃）,储热性能较好。     

蓄能型振荡热管太阳能集热器性能研究

本文设计了一种蓄能型振荡热管太阳能集热器,将其应用在蓄能型振荡热管太阳能热泵系统中,实现太阳能分季节全天候利用,提高能源利用率.使用Gambit软件建立蓄能型振荡热管太阳能集热器的三维模型,并利用Fluent软件对蓄能型振荡热管太阳能集热器中相变材料的蓄热过程进行了模拟研究,得到不同集热器结构参数、集热器内蓄能材料、太阳辐射强度、外界换热条件等对其温度场、液化率等的影响.根据模拟结果,振荡热管间距选17 mm,真空管后增设金属反射板,集热管内采用复合相变材料,夏季利用高温相变材料蓄热直接加热热水,冬季利用低温相变材料给热泵蒸发器供热,从而提高系统整体性能.     

粘土相变建筑材料制备及性能

为改善乡村居住条件,开发了一种用于农村房屋的粘土相变建筑材料（LPM）.以碱性激发剂激发粘土、矿渣的产物作为该材料的基材,以吸附储能相变石蜡的膨胀珍珠岩作为该材料的储能载体,并对碱激发粘土、矿渣基材的反应产物进行了初步研究,研究表明基材的水化产物主要为水化硅酸钙、水化铝酸钙及沸石.对LPM及相对应传统OPC材料的力学性能、储能性能及一维、三维条件下温度〖CDF*3〗时间响应关系进行了测试,结果表明,在外界温度变化时,LPM相对于传统OPC材料具有升温、降温速度慢,温度变化平缓的优点,且具有合适的力学性能.     

脂酸类相变材料在节能建筑中应用的可行性研究

目的 对脂酸类相变材料的低共熔混合物的热物性进行试验测试和理论分析预测，得到脂酸类相变材料在建筑围护结构中的应用条件。分析其降低建筑能耗的可能性．方法 理论分析了脂酸类物质中的癸酸和月桂酸的低共熔混合物的熔点和相变潜热，通过差示扫描量热法对低共熔混合物及由其构成的相变墙板的热物性进行了试验验证．结果 癸酸和月桂酸的低共熔混合物的试验测试值与理论计算值基本吻合．结论 提出了相变材料在节能建筑中应用的要求，在建筑围护结构中。加入癸酸和月桂酸的低共熔混合物，可大大减少采暖空调负荷，降低空调系统耗电量，实现建筑节能的目的。