能源是人類社會生存和發展的血液。隨著電源帶來的能源和環境危機越來越受到重視，如何開發新型綠色能源，提高能源利用率變得越來越重要。目前人們關註更多的新能源是太陽能，但太陽能利用和余熱回收在時間和空間上存在不匹配。相變儲能材料可以從環境中吸收能量，又可以向環境中釋放能量，解決了能源在時間和空間上的供需矛盾，有效提高了能源的利用率。同時，相變儲能材料在相變過程中溫度基本恒定，可以用來調節周圍環境的溫度，可以重復使用。相變儲能材料的這些特性使其在移電填谷、工業與民用建築及空調節能、紡織和軍事等領域具有廣闊的應用前景。1相變材料的研究進展1-1相變材料的分類相變材料是指能在其相變溫度以上儲存某種形式的能量，在其相變溫度以下釋放出來供使用的儲能材料。主要由主蓄熱劑、相變點調節劑、防過熱劑、防分相劑、相變促進劑等組分組成。相變材料有很多種，根據儲存能量的特性可以分為蓄熱材料和蓄冷材料。從儲能方式來看，儲能材料可分為顯熱儲能、潛熱儲能和化學反應儲能。其中，潛熱儲能利用相變材料的潛熱來儲存熱量，儲能密度高，儲熱裝置簡單，體積小。此外，儲熱材料在儲熱過程中近似恒溫，可以容易地實現室溫的恒溫控制，特別適用於建築保溫節能領域。從蓄熱的溫度範圍來說，可分為高溫、中溫、低溫三類。高溫相變材料主要是壹些熔鹽和金屬合金；中溫相變材料主要是水合鹽、有機物和高分子材料；低溫相變材料主要是冰和水凝膠。從材料的化學成分來說，可以分為無機相變材料、有機相變材料和混合相變材料三種。無機相變材料主要包括結晶水合鹽、熔鹽、金屬合金等無機物；有機相變材料主要包括石蠟、羧酸、酯類、多元醇等有機物；混合相變材料主要是有機和無機相變材料的混合物。從材料在蓄熱過程中的相態來看，可分為固-液相變材料、固-固相變材料、固-氣相變材料和液-氣相變材料。由於後兩種相變方法在相變過程中伴隨著大量的氣體，材料的體積變化很大，所以雖然相變焓很大，但在工程應用中卻很少使用。固液相變材料主要包括水合鹽和石蠟。固-固相變材料相變時，相態不變，但相變材料的晶型發生變化，晶型變化過程中吸收和釋放熱量。固-固相變材料主要包括高密度聚乙烯、多元醇和具有層狀鈣鈦礦晶體結構的有機金屬化合物。1-2相變材料的篩選與改進20世紀80年代，美國陶氏化學公司對近2萬種相變材料進行了測試，結果表明只有1%的相變材料具有使用價值，是具有合適熔點的水合鹽和壹些有機相變材料。由於民用建築對材料的性能和經濟因素有嚴格的限制，適用於儲能建築材料的相變材料就更少了。低能耗建築理想的相變材料應滿足以下要求:(1)相變材料的室內設計溫度或采暖空調系統要求的溫度範圍；(2)有足夠的相變潛熱；(3)相變時的膨脹或收縮較小；(4)相變的可逆性好；(5)無毒、無腐蝕性；(6)原料廉價易得。但實際上，並沒有理想的相變材料能夠滿足上述條件。因此，有必要對相變材料進行改進。相變材料的改進方法主要有兩種:(1)將幾種有機材料復合成二元或多元相變材料，或將有機材料與無機材料復合，以制備相變溫度和潛熱合適的相變材料。(2)固體形狀的固液相變材料的制備。這類相變材料主要由兩部分組成:工質和載體基質。前者用於儲能，主要是固液相變材料；後者可以保持材料的非流動性和可加工性，載體基體的相變溫度壹般較高。載體基體既要具有結構材料的壹般特性，又要與相變材料兼容，無腐蝕，無化學反應，成本低。1-3相變材料的制備方法目前，相變材料的制備方法主要有三種:(1)基體材料對相變材料的封裝基體材料對相變材料的封裝是將基體材料按照壹定的成型工藝制備成微膠囊、多孔或三維網狀結構，然後將相變材料灌註其中或將載體基體浸入熔融的相變材料中。微膠囊化技術包括界面聚合和原位聚合:(1)界面聚合是兩種反應性單體分別存在於乳液不互溶的分散相和連續相中，在相界面發生聚合。該方法制備微膠囊的優點是可在室溫下操作，方便簡單，效果好。缺點是對壁材要求較高，包覆的單體要有較高的反應性；將制備的微膠囊與少量未反應的單體混合；界面聚合形成的壁膜滲透率壹般較高，不適合對要求嚴格密封的芯材進行包覆。(2)原位聚合的技術特點是單體和引發劑都放在囊芯外面，要求單體是可溶的，而生成的聚合物是不溶的，聚合物沈積在囊芯表面並被包覆形成微膠囊。(2)基體與相變材料的熔融* *混合法該方法利用相變材料與基體的相容性，熔融後混合在壹起，制成成分均勻的儲能材料。該方法適用於制備工業和建築用低溫定形相變材料。(3)混合燒結法該方法首先將制備好的微米級基體材料和相變材料混合均勻，然後加入壹定量的添加劑進行球磨、混合均勻、壓制成型、燒結，得到儲能材料。1-4相變材料的表征沒有統壹的標準。董力[1]等人給出了四種綜合表征方法，包括差示掃描量熱法(DSC)和熱分析法(TA)、TG分析法、時間-溫度曲線法和掃描電鏡(SEM)。掃描量熱法(DSC)和熱分析法(TA)主要用於表征相變材料的儲能溫度範圍和儲能密度。TG分析主要用於研究相變材料的穩定性和蓄熱能力。時間-溫度曲線法主要用於測量相變材料的完全相變時間，從而計算其導熱系數。掃描電子顯微鏡(SEM)主要用於觀察相變材料的橫截面，以確定結構的均勻性和穩定性。2相變儲能材料在建築中的應用2-1相變儲能材料在建築中的應用歷史與現狀相變材料在建築中的應用研究始於1982，由美國能源部太陽能公司發起。從65438到0988，這項研究是由美國能源儲存和分配辦公室推動的。Lane在他的著作《太陽能存儲-潛熱材料》中總結了80年代初以前相變材料和容器的發展。20世紀90年代，發展了用相變材料處理石膏板、墻板、混凝土構件等建築材料的技術。隨後，發展了相變材料在石膏板、墻板和混凝土構件中的研究和應用，主要目的是提高輕質結構的熱容。Neeper估計相變墻板可以將住宅空調負荷的90%顯熱負荷轉移到低用電時段，可以減少30%的設備容量。奧克布裏奇國家實驗室在1990得出結論:相變墻板可以明顯降低太陽房附加能源的消耗，投資回收期約為5年。來自日本神奈川大學和東京電力大學的研究人員研究了相變墻板的儲熱性能。他們得出結論，相變墻板的使用使熱負荷更平穩，輻射面積更舒適，用電量降低，並有可能降低高峰負荷。國內對相變建材的研究起步較晚。張寅平研究了無水乙酸鈉和尿素的混合物，其相變溫度為28 ~ 365438±0℃。同濟大學主要以工業硬脂酸丁酯為相變材料，研究建築節能混凝土材料。2-2建築用相變儲能材料的封裝技術相變材料與基材的結合主要有三種方式:直接添加、浸漬和封裝。直接添加法便於控制添加量，浸泡法可對成品建材進行處理。但這兩種方法制備的相變儲能建築材料耐久性較差，主要表現在相變工質的泄漏和基體的腐蝕。該封裝方法有效地解決了上述問題。包裝包括大容量包裝和微容量包裝。批量包裝是將相變材料裝入管、袋、板狀容器或其他容器中。這種集裝箱化的相變材料在市場上已經應用於太陽能領域，但由於相變時與環境接觸面積小，能量傳遞不是很有效。因此，微卷包裝越來越受到人們的關註。微膠囊化是指將載體基質制成微膠囊、多孔泡沫塑料或使用易成膜的物質。目前，對相變材料微膠囊化的研究很多。微膠囊相變材料可直接與傳統建築材料復合，工藝簡單，化學性能穩定，儲熱性能好，導熱性能高。2-3相變儲能材料的相變機理。
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