相变储能材料及其在绿色建材领域的运用

贺金龙

摘 要：在社会生产中所消耗的能源量逐渐增大，致使我国的能源问题日益加剧。为了改善上述问题，应积极探索提升能源利用率的方法，相变储能材料就是在此基础上被研发的新型环保材料，具有节能环保的特性，在实际应用中可以借助物相变化的反应，从周边环境中吸取一定的热能，并且在特定的时间进行热量释放，可以有效起到调节环境温度的作用。下文就对其在建材领域中的应用展开探讨，旨在对建筑空间内的余热和太阳能能源进行合理利用，提升建筑工程的节能效益。

关键词：相变储能材料;储能特点;绿色建材领域

能源问题已经成为现阶段制约我国社会经济可持续发展的关键性问题，在社会生产和建筑施工中的能源消耗量相对较大，对能源问题造成的影响不可忽视，迫切需要找出正确的能源利用方法，降低能源损耗，提升能源利用率。而相变储能材料在建筑施工中的应用可以有效改善能源使用问题，借助材料的储能性能，实现对环境能源的储存与应用，可在很大程度上降低空调和取暖器的使用量，从而降低建筑能源消耗，对于改善我国的能源问题具有积极意义。

一、相变材料的储能机理分析

实际上相变储材料利用的过程，就是从周边环境中吸取热量和释放热量的过程，其吸热和放热的过程会受到周边环境温度变化的影响，即环境温度超出自身材料温度时会进行吸热操作，而当环境温度低于材料温度时，则会进行放热操作，这也是其在空间温度调节中发挥作用的重要表现。相变储热材料根据成分的不同，可以被细分为无机、有机和混合三个类型，从热能的储存层面来讲，分为潜热、显热和化学储能;从温度层面来讲，分为低温、中温和高温储能;从物理层面来讲，其状态表现为固-固、固-液、液-气和固-气几种。其中的固-液材料是现阶段较为常用的相变材料，而其他类型的材料因在发生相变反应时的体积变化幅度相对较大，不适宜在建材领域应用。

二、相变储能材料的制备

（一）聚合物定型材料的制備

利用具有三维网状结构的高分子聚合物与相变材料熔融共混，将相变材料包覆起来，形成聚合物定型相变储能材料。Liu等以低熔点石蜡为工作物质，尝试以PS、PP和PE作支撑材料，通过熔融混合制备了3种聚合物定型相变储能材料。该研究指出石蜡经聚烯烃包覆之后，相变温度有所降低，而相变焓有所提高。

（二）微胶囊定型材料的制备

微胶囊定型相变储能材料是指利用微胶囊封装相变材料。将相变材料制成细小颗粒后，利用界面聚合法、原位聚合法等将球状颗粒包裹在胶囊内，以保证相变材料的稳定性，防止固-液相变发生泄漏。胡大为等人用环氧树脂作外壳材料，将液体石蜡与固体石蜡混合制成适合常温的复合相变材料，并将水均匀分散其中，添加适量表面改性剂，制备含水型环氧树脂基相变微胶囊。其相变过程中无泄漏、开裂等现象产生，综合性能好。

三、相变储能材料在绿色建材领域中的运用

利用相变类材料进行节能建材的制作，在实际使用中可以良好的利用空间余热和太阳能，实现对能源的合理利用，并且有助于调节空间温度，在不借助空调类调温设备的情况下，为人们营造舒适的居住空间。从现阶段的应用状况来看，多被应用到墙板、地板和门窗等建材的制造中，所形成的复合型材料可以发挥良好的节能环保作用。

（一）在墙板材料中的应用

相关学者将石膏板、混凝土板和木质水泥材料作为墙体和地板的主体制作材料，并对其温度机理进行分析。为了探究相变材料的储能作用和温度调节作用，在石膏板和聚氯乙烯板中添加了适当的相变材料，并且对添加量不同的石膏板和聚氯乙烯板的温度变化量进行了对比研究。结果显示，当相变材料的添加量为35%时，建筑材料的温度调节效果最佳。此外，也有学者对含有P cm的石膏灰泥材料进行温度变化值研究，通过两年左右的观察与对比研究得出，微胶囊化的P cm灰泥应用在建材中，可使室内温度的变化幅度处于2.76℃左右，相对来说，室内温度较为稳定，舒适度也较好。

（二）在地板材料中的应用

对于相变储能材料在地板材料中的应用表现出了突出的应用优势，已经实现了对高蓄热底板采暖系统的研发与应用。其主要是由保温层、加热层和能量小球共同组成，在对该类材料进行加工时，有效减小了地板材料的厚度，在装饰装修的过程中，可以在其表面铺设瓷砖和地毯等装饰物。澳大利亚的TEAP公司所研发的15种产品已经被成功应用到建材领域、冷藏和废热回收领域中，发挥出了良好的应用效果。

（三）在玻璃窗中的应用

以相变材料为主的玻璃窗属于新型节能环保材料的一种，在建筑施工中的应用表现出了较好的调温效果。相关研究显示，同种温度环境下，相变类玻璃窗的热传递量相对较少，相对应的在高温天气下，相变类玻璃窗可以阻隔更多的热量，降低室内温度，营造更为舒适的居住空间。在对以十水硫酸钠为主的相变材料进行研究时，可以得出，在玻璃窗中的应用，夏季极端的保温效果较高，能够发挥良好的控温作用，而在冬季时，控温作用并不突出，但与普通玻璃材料相比，年耗能量可降低40%左右，可见其在建材领域中应用具有突出的节能优势。

四、结语

相变储能材料的研发与应用为建筑节能创造了良好的条件，在相关学者的不懈努力下，已经生产出了多种节能性能良好的建筑材料，其中以墙板材料、地板材料和门窗材料为主。文中对相变储能材料在上述建材中的应用与研究进展进行了阐述，希望引起更多施工单位的重视，加大对相变材料的使用力度，从根本上控制建筑能源消耗，提升建筑物的节能性能。当前，已有学者展开了对相变材料与木塑材料的融合应用研究，在现阶段的室内装饰中，木质材料的应用率较大，如果能够实现对其的有效研发与应用，必定能更好的发挥相变材料的储能性能。

参考文献：

[1]张建武，朱建平，宋纤纤.相变储能材料在建筑领域的应用[J].化工新型材料，2013，41（10）：153-155.

[2]沈澄，徐玲玲，李文浩.相变储能材料在建筑节能领域的研究进展[J].材料导报，2015，29（5）：100-104.