相变调温材料.PDFVIP

相变调温材料 一、相变储能材料的概念 20 世纪30 年代以来，随着全球科学技术的迅速发展，尤其受80 年代的能源危机影 响，为了提高能源利用效率，解决热能供给与需求的失衡，相变储能的理论和应用技术 在发达国家迅猛发展起来。因为随着科学技术的快速发展，能源逐渐成为人类赖以生存 的基础，但是能源的供应和需求在很多情况下都有很强的时间依赖性，为了提高能源利 用效率、保护环境、解决热能供给与需求失配的矛盾，在太阳能利用，电力的“移峰填 谷”，废热回收利用以及建筑与空调的节能中，相变蓄热技术已得到广泛的应用，目前 正成为世界范围内研究的热点。 相变储能材料按储能的方式可分为3 大类，即显热储能、潜热储能和化学反应储能。 所谓显热式贮热，就是通过贮热加热介质，使贮热材料的温度升高吸收热能而贮热，又 称为“热容式贮热”。所谓潜热式贮热，就是通过加热贮热介质到相变温度，使贮热材料 发生相变吸收大量热能而贮热，又称为“相变式贮热”。相变过程一般都是伴随有较大能 量吸收或释放的等温或近似等温的过程。相变过程中吸收和释放的那部分能量称之为相 变潜热。相比较于显热，相变潜热一般较大，材料的相变潜热约为其升高1℃热容的100 倍。化学反应热储能则是利用储能材料发生可逆的化学反应来储能和释能。它们各有其 优缺点：显热储能材料使用比较简单方便，但是材料自身的温度在不断变化，不能控制 温度，并且材料储能密度低，相应的装置体积庞大，因此其应用价值不是很高。化学反 应储能即利用可逆化学反应的反应热进行储能，这种方式的储能密度较大，但是技术复 杂，且使用不便，目前仅在太阳能领域受到重视，离实际应用还较远；而潜热储能则是 利用材料在相变时吸热或放热来储存或释放能量的，这种材料不但能量密度较高，而且 所用装置简单、体积小、设计灵活、使用方便，且易于管理，另外，其在相变储能过程 中近似恒温，可以达到控制体系温度的目的。因此，潜热储能是最具有实际发展前途， 也是目前应用最多和最重要的储能方式。所以相变储能材料（Phase Change Material ， PCM ）成为近年来国内外在能源利用和材料科学方面开发研究十分活跃的领域。 相变材料或潜热储能材料(phase change materials，PCMs ，or latent thermal energy Storage，LTES)是一种具有特定功能的物质，它是利用在特定温度(相变温度)下，物质 发生相变，材料的分子排列在有序与无序之间迅速转变，进行热能储存和温度调节的功 1 能材料。它是人们利用间歇性的、不稳定的能源的最有效的媒介，这些能源包括太阳能、 地热能、工业余热、废热等。目前，随着世界能源的日趋紧张，相变材料因其自身具有 的特殊功能在太阳能利用、工业废热利用、节能、工程保温材料、医疗保健等领域都得 到了广泛应用。 二、相变调温材料的分类 储热相变材料按其相变温度的范围，可以分为高温、中温和常低温相变材料。其中 低温相变材料的相变温度为-20~200 ℃，中温相变材料的相变温度为200~500 ℃，高温相 变材料的相变温度为500~2300℃。 按其化学物质组成，可以分为无机相变材料、有机相变材料和有机-无机复合相变储 能材料。 按照相变形式和相变过程，一般分为四类：固-固相变、固-液相变、固-气相变和液- 气相变。固-气相变和液-气相变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潜热，但在实际应用中很少被选用。实际 使用的相变材料包括下述三类：固-液相变材料、形状稳定的固-液相变材料和固- 固相变 材料。因此，固-固相变和固-液相变是国内外重点研究的对象。固- 固相变材料与其它两 类相变材料相比具有以下的优点：一是它无需容器盛装，可以直接加工成型；二是膨胀 系数较小，体积变化小；三是无过冷和相分离现象；四是无毒、无腐蚀、无污染；五是 性能稳定，使用寿命长；六是使用方便，装置简单。但由于对固-固相变材料研究的时间 相对较短，尚有大量的未开垦的领域。 （一）典型固-液相变材料 1、无机相变材料 无机相变材料种类繁多，主要包括结晶水合盐类、熔融盐类、金属及其合金和氟化 物等。其中最典型的是结晶水合盐类，结晶水合盐类提