熱能可以通過材料的顯熱或者潛熱（相變熱）兩種方式進(jìn)行儲(chǔ)存。顯熱儲(chǔ)能材料主要是利用其比熱容和材料的溫度變化進(jìn)行能量的儲(chǔ)存和釋放，優(yōu)點(diǎn)是能量的儲(chǔ)存和釋放過程是完全可逆的，系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是單位體積所能儲(chǔ)存的能量較少，裝置體積過大。相變儲(chǔ)能是利用相變材料（Phasechange materials, PCM）物態(tài)的轉(zhuǎn)變進(jìn)行能量的儲(chǔ)存和釋放，其優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)能密度大，溫度近似恒定。
作為相變儲(chǔ)能材料需要滿足以下條件：
1.熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)
（1）要有合適的相變溫度;
（2）要有足夠大的相變潛熱，以便以較少的數(shù)量即能儲(chǔ)存給定數(shù)量的熱能;
（3）導(dǎo)熱系數(shù)要大，以便儲(chǔ)、放熱時(shí)儲(chǔ)存物質(zhì)內(nèi)的溫度梯度小;
（4）高的比熱，以提供額外的顯熱效果。
（5）發(fā)生相變時(shí)膨脹或收縮性要小，即相變過程的體積變化小，以使盛裝容器形狀簡(jiǎn)單;
（6）高的密度，這樣盛裝的容器會(huì)更小;
（7）相變的可逆性要好;
2.動(dòng)力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)
凝固時(shí)無過冷現(xiàn)象或過冷程度很小。熔點(diǎn)應(yīng)該在其熱力學(xué)凝固點(diǎn)結(jié)晶。
這可通過高的晶體成核速度及生長(zhǎng)速率未實(shí)現(xiàn)，有時(shí)也可向儲(chǔ)熱材料中加入成核劑或“冷指”來抑制過冷現(xiàn)象 。
3.化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)
(1)高穩(wěn)定性；
(2)不發(fā)生分解，以使?jié)摕醿?chǔ)能材料具有長(zhǎng)期的使用壽命；
(3)對(duì)構(gòu)件材料無腐蝕作用；
(4)材料應(yīng)該無毒性、不燃、無爆炸性。
4.經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)
可大量獲得、廉價(jià)。
相變儲(chǔ)能材料的分類
從儲(chǔ)能的溫度范圍來看，可分為高溫、中溫及低溫等類型。
儲(chǔ)能過程中，按材料相態(tài)的變化，又可分為固-固相變材料、固-液相變材料、液-氣相變材料、固-氣相變材料四大類。
雖然液-氣和固-氣轉(zhuǎn)化時(shí)伴隨的相變潛熱遠(yuǎn)大于固-液和固-固轉(zhuǎn)化時(shí)的相變熱，但是由于液-氣和固-氣轉(zhuǎn)化時(shí)產(chǎn)生氣體，其相變氣體體積變化非常大，故很難用于實(shí)際工程中。
從化學(xué)組成來看，可分為無機(jī)材料和有機(jī)材料以及混合相變材料3大類。
無機(jī)類PCM包括：結(jié)晶水合鹽、熔融鹽、金屬合金和其它無機(jī)物。
有機(jī)類PCM包括石蠟、脂肪酸和其它有機(jī)物?；旌螾CM主要含有機(jī)和無機(jī)兩種PCM的混合物。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的PCM在6000種以上。
在相變儲(chǔ)能技術(shù)手段的研究領(lǐng)域中，首先是就要開發(fā)出相變潛熱大、性能穩(wěn)定、性價(jià)比高的相變材料。除了對(duì)傳統(tǒng)的無機(jī)鹽、無機(jī)水合鹽、有機(jī)和金屬相變材料進(jìn)行研究外，學(xué)者也開始關(guān)注新型相變儲(chǔ)能材料，涉及從無機(jī)到有機(jī)，從單一組分到復(fù)合材料，從宏觀到納米化、微膠囊化、定形化等方向。
主要應(yīng)用
1、應(yīng)用于太陽能系統(tǒng)
太陽能是巨大的能源寶庫，清潔、無污染，而且取用方便，由于到達(dá)地球表面的太陽輻射能量密度并不高，而且受地理、晝夜和季節(jié)等規(guī)律性變化的影響，及陰晴云雨等隨機(jī)因素的制約，其輻射強(qiáng)度也不斷發(fā)生變化，而且具有稀薄性、非連續(xù)性和不穩(wěn)定性。所以為了保持供熱或供電裝置穩(wěn)定不問斷地運(yùn)行，就需要通過貯熱裝置把太陽能貯存起來，在太陽能不足時(shí)再釋放出來，從而滿足生產(chǎn)、生活用能連續(xù)和穩(wěn)定供應(yīng)的需要。
集熱管
2、余熱利用
相變儲(chǔ)能技術(shù)可以在機(jī)械、石油化工、陶瓷、玻璃、鋼鐵等各種行業(yè)應(yīng)用。儲(chǔ)能換熱器在連續(xù)加熱爐、熱風(fēng)爐和非連續(xù)加熱爐上的余熱回收上應(yīng)用都是合適的。在冶金、玻璃、水泥、陶瓷等部門都有大量的各式高溫窯爐，它們的能耗非常大，但熱效率通常低于30%，節(jié)能的重點(diǎn)是回收煙氣余熱（熱損失達(dá)50%以上）傳統(tǒng)的做法是利用耐火材料的顯熱容變化來儲(chǔ)存熱量，但這種儲(chǔ)熱設(shè)備的體積大、儲(chǔ)熱效果不明顯。如果改用相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)，則儲(chǔ)熱設(shè)備體積可減少30%-50%，同時(shí)節(jié)能15%-45%，還可起到穩(wěn)定運(yùn)行的作用。
3、電力調(diào)峰
利用儲(chǔ)能技術(shù)來加快傳統(tǒng)工業(yè)和民用電氣產(chǎn)品的改造，積極開發(fā)和利用儲(chǔ)能式設(shè)備及電熱電器產(chǎn)品，甚至建立中小型儲(chǔ)能熱電站，量大面廣和靈活的使用谷期電力，是實(shí)現(xiàn)峰谷電價(jià)的切實(shí)可行的手段，在即將全面實(shí)行分時(shí)計(jì)算電價(jià)政策時(shí)，它便將成為熱點(diǎn)。對(duì)電力比較豐富而又峰谷差明顯的地區(qū)，出于環(huán)保的考慮，在一些企事業(yè)單位或民用住宅，常用電加熱水供生活、生產(chǎn)和采暖用，因此就可發(fā)展電熱儲(chǔ)能熱水鍋爐。
4、紡織業(yè)的利用
把相變材料摻入紡織品后，利用相變材料可控溫的特點(diǎn)，當(dāng)外界環(huán)境升高溫度時(shí)吸熱，當(dāng)外界環(huán)境溫度降低時(shí)放熱，從而降低外部環(huán)境對(duì)人體的影響，為我們提供一個(gè)安穩(wěn)、舒適的微氣候環(huán)境。
5、航天儀器恒溫及動(dòng)力供應(yīng)
早在上世紀(jì)50年代，由于航天事業(yè)的發(fā)展，人造衛(wèi)星等航天器的研制常涉及到儀器、儀表或材料的恒溫控制問題。因?yàn)槿嗽煨l(wèi)星在運(yùn)行中，時(shí)而處于太陽照射之下，時(shí)而由于地球的遮蔽處于黑暗中，在這兩種情況下，人造衛(wèi)星表面的溫度相差幾百度。
6、建筑節(jié)能
提高建筑領(lǐng)域能源使用效率，降低建筑能耗，對(duì)于整個(gè)社會(huì)節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境都具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)影響。在有暖氣的室內(nèi)安裝相變材料蓄熱器后，當(dāng)通入暖氣時(shí)，它會(huì)把熱貯存起來；當(dāng)停止送暖氣時(shí)，它會(huì)放出熱量，維持室內(nèi)的溫度較為恒定。如果在室內(nèi)的地板和天花板使用相變材料，由于相變材料的貯熱和放熱作用，則可將室內(nèi)溫度梯度降低到小于5℃的舒適狀態(tài)。
保溫砂漿
7、冷鏈運(yùn)輸專用相變材料
生物藥品用于人類重大疾病的診斷、治療。不當(dāng)?shù)膬?chǔ)運(yùn)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品效價(jià)降低、失效，甚至毒副作用增加。經(jīng)過嚴(yán)格驗(yàn)證的溫控包裝有利于保證藥品質(zhì)量。
8、水泥溫度控制劑
大型建筑水泥結(jié)構(gòu)施工結(jié)束以后，水泥在熟化過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，有時(shí)溫度高達(dá)80度以上，嚴(yán)重影響建筑物的強(qiáng)度。
9、其它方面的應(yīng)用
相變材料還可以在醫(yī)療保健、農(nóng)業(yè)溫室電防熱外殼、保溫盒、取暖器、具有嚴(yán)格溫度使用條件的特種儀器以及電子器件中作為散熱材料等諸多方面有著廣泛的應(yīng)用；含有相變儲(chǔ)能材料的瀝青路面或混凝土可以防止橋梁結(jié)冰；相變材料可用在醫(yī)學(xué)理療方面；相變儲(chǔ)能技術(shù)還可以用于緩解電子芯片(如CPU)的尖峰熱負(fù)荷等。
聯(lián)系客服
