相变蓄能材料
相变储能材料和相变储能技术
相变储能材料及其应用物质从一种状态变到另一种状态叫物质的存在通常认为有三态，(3)(2)液—汽相变；相变。
相变的形式有以下四种：(1)固—液相变；固相变。
相变过程个伴有能量的吸收或释放，我们就）固-固—汽（4利用相变材料来存可以利用相变过程中有能量的吸收和释放的现象，储能量。
比如用冰贮冷，冬天，在寒冷的地区，人们从湖面、河面冻结的厚冰层中获取冰块，贮存于“冰屋”中，利月锯末隔热、冰块可存放到夏季结束。
这是冰块就可以起到现在冰箱的效果了。
储能想变成材料一般而言，储热相变材料可以这么进行分类结晶水合盐（如NaSO?10HO）22 4熔融盐无机物金属（包括合金）其他无机类相变材料（如水）石蜡相变材料酯酸类有机物其他有机有机类与无机类相变材料的混合混合类下面我们对相变储能材料进行逐一分析：液相变材料：-、固1．（1）结晶水合盐：结晶水合盐种类繁多，其熔点也从几度到几百度可供选择，其通式可以表达为AB?nHO。
结晶水合盐通常是中、低2温贮能相变材料中重要的一类，其特点是：使用范围广，价格较便宜、导热系数较大(与有机类相变材料相比)、溶解热较大、密度较大、体积贮热密度较大、一般呈中性。
但此类相变材料通常存在过冷和析出两大问题。
所谓过冷是指当液态物质冷却到“凝固点”时并不结晶，而须冷却到“凝固点”以下一定温度时方开始结晶；而析出现象指在加热过程中，结晶水融化，此时盐溶解在水中形成溶液。
结晶水合盐的代表有芒硝、六水氯化钙、六水氯化镁、镁硝石等（2）石蜡：石蜡主要由直链院烃混合而成，可用通式CHn表2n+2示，短链烷烃熔点较低，但链增长熔点开始增长较快，而后逐渐减慢。
随着链的增长，烷烃的熔解热也增大，由于空间的影响，奇数和偶数碳原子的烷烃有所不同，偶数碳原子烷烃的同系物有较高的熔解热，链更长时熔解热趋于相等。
在CH以上的奇数烷烃和在CH以上的4472016偶数烷烃在7℃一22℃范围内会产生两次相变：（1）低温的固-固转变，它是链围绕长轴旋转形成的；（2）高温的固-液相变，总潜热接近溶解热，它被看作贮热中可利用的热能。
相变储能材料在建筑节能中的应用
与传统的对流式散热器相比，地板采暖是一种舒适的采暖方式，
而且现在由于这种采暖方式的优越性得到了大力的推广。
因为的相变材料的蓄热特性，可以利用夜间廉价电加热相变材料，使其产生相变，以潜热形式储存热量，白天放出给房间供暖。
如果可以很好解决相变材料体积储存的问题，那么这种采暖方式将可以完全普及。
因为利用了相变蓄热与电热膜相结合，在实行峰谷电价的地区，利用低谷廉价电运行，可大大降低电热膜采暖的电费开支。
相变储能材料
相变储能材料相变储能材料是一种能够在相变过程中储存和释放能量的材料。
相变是指物质由一个相态转变为另一个相态的过程，例如固体变液体、液体变气体等。
相变储能材料利用相变过程中释放和吸收的潜热来储存和释放能量，具有较高的能量密度和相对较长的储能时间。
相变储能材料主要包括两种类型：固液相变储能材料和固气相变储能材料。
固液相变储能材料是指能够在固液相变过程中储存和释放能量的材料。
常见的固液相变储能材料有蓄热水泥、蓄热石膏等。
这些材料在相变过程中会吸收大量的热量，从而达到储能的目的。
在储能时，这些材料被加热至相变温度以上，吸收热量并将其储存起来；在释放能量时，它们会释放出储存的热量，从而达到供热、制冷等目的。
固气相变储能材料是指能够在固气相变过程中储存和释放能量的材料。
常见的固气相变储能材料有液化气体、气体混合物等。
这些材料在相变过程中会吸收或释放大量的热量，并将其储存或释放。
在储能时，这些材料被加热至相变温度以上，吸收热量并将其储存为潜热；在释放能量时，它们会释放出储存的热量，从而达到供热、制冷等目的。
相变储能材料具有许多优点。
首先，相变储能材料具有高能量密度，能够在相对较小的体积中储存大量的能量。
其次，相变储能材料具有较长的储能时间，能够在相变过程中保持储存的能量，不易损耗。
此外，相变储能材料具有较高的热传导性能，能够有效地储存和释放能量。
相变储能材料在许多领域都有广泛的应用。
例如，它们可以用于建筑材料，以提供节能环保的供暖和制冷解决方案。
此外，它们还可以用于储能设备，例如相变储能电池，以提供持久的能量供应。
总之，相变储能材料是一种有着较高能量密度和相对较长储能时间的材料，能够在相变过程中储存和释放能量。
随着节能环保的需求不断增加，相变储能材料有望在各个领域得到更广泛的应用。
相变储能材料PPT课件
封装法的制备工艺
微胶囊封装技术
微胶囊技术是一种用成膜材料把固体或液体包覆使形成微小粒子 的技术。得到的微小粒子称微胶囊，一般粒子大小在2-1000um范围内。 微胶囊粒子的形态多种多样。
囊心 （PCM）
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相变储能建筑材料
相变材料 + 建筑材料
如何结合？
直接结合法 （相变材料直接与建材基体混合 ） 浸泡法
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相变储能混凝土
把相变材料复合到大体积混凝土中，以制得相变温控混 凝土。相变温控混凝土具有温度自调节功能。
相变温控混凝土不但能有效降低大体积混凝土内部温升 速率，延缓峰值出现时问，有效防止或预防因水泥水化热所 引起的早期热裂缝，改善材料的耐久性，而且在大体积混凝 土内部中不需要采用设置冷却水管等降温措施，从而简化了 其施工工艺，节省了工程造价。
PCM在建筑节能中的应用
1 相变储能石膏板 2 相变储能混凝土 3 保温隔热材料 4 相变涂料 5 相变蓄热地板
10.Biblioteka 相变储能石膏板美国Florida科技大学
用脂肪酸、短链酸和甲基脂的混合物以及短链酸的混 合物作为相变材料，用灰泥板作基材，通过直接浸泡法制 备出相变储能墙板。
结果表明，当温度变化在11.1℃以上时，该种相变墙 板的贮热能力是普通墙板的2.1倍。
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建筑材料
太阳能热 水系统
相变节能材 料的应用
空调蓄冷
电子行业
现代农业 （温室）
医药工业 （热袋）
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相变储热材料的发展趋势
相变储热材料的发展趋势引言相变储热材料是一种能够在相变过程中吸收和释放大量热量的材料。
相变储热技术被广泛应用于太阳能、地热能、工业废热回收等领域，具有高效、可靠、环保等优点。
随着能源需求的增加和环境保护意识的提高，相变储热材料的发展趋势备受关注。
本文将从材料创新、性能改进、应用拓展等方面，对相变储热材料的发展趋势进行全面详细、完整且深入的分析。
材料创新新型相变材料传统相变储热材料主要包括蓄冰剂、蓄热剂等。
随着科技的进步，新型相变材料不断涌现。
高分子相变材料具有较高的储存密度和较长的使用寿命；纳米相变材料具有更快的相变速率和更好的稳定性。
复合相变材料为了进一步提高相变储热材料的性能，复合相变材料成为研究的热点。
复合相变材料是将两种或多种相变材料进行组合，通过相互作用实现性能的优化。
将高导热材料与相变材料结合，可以提高传热效率；将气孔材料与相变材料结合，可以增加储热容量。
生物可降解相变材料随着对环境保护要求的提高，生物可降解相变材料逐渐受到关注。
这些材料在使用过程中不会产生环境污染，并且可以降解为无害物质。
生物可降解相变材料的开发和应用将进一步推动相变储热技术的可持续发展。
性能改进热导率提高热导率是影响相变储热效果的重要因素之一。
为了提高热导率，在设计新型相变储热材料时需要考虑以下几个方面：增加导热介质的比例、优化导热介质的形态、改善导热界面等。
通过这些方法，可以显著提高相变储热材料的热导率，提高储热效果。
相变温度调控相变温度是相变储热材料的重要性能指标之一。
随着应用领域的不同，对相变温度的要求也各不相同。
相变温度的调控成为改善相变储热材料性能的关键。
通过添加适量的添加剂、调整材料组成等方法，可以实现对相变温度的精确调控。
循环稳定性提高循环稳定性是评价相变储热材料可靠性的重要指标之一。
在实际应用中，相变储热材料需要经历多次充放热循环。
为了提高循环稳定性，需要优化材料结构、改善相变过程中的应力分布、增加材料表面涂覆等。
相变储能材料
3 储能材料的遴选原则
❖ 高储能密度 ❖ 相变温度 ❖ 相变过程 ❖ 导热性 ❖ 稳定性 ❖ 密度 ❖ 压力 ❖ 化学性能 ❖ 体积变化 ❖ 过冷度
包括无机类和有机类两种
固-液相变储能材料-无机类
❖ 无机相变储能材料包括结晶水合盐、熔融盐、金属合金和 其他无机物。
❖ 应用最广泛的是结晶水合盐。其可供选择的熔点范围较宽 ，从几摄氏度到一百多摄氏度，是中温相变储能材料中最 重要的一类。
❖ 使用较多的主要是碱及碱土金属的卤化物、硝酸盐、磷酸 盐、碳酸盐及醋酸盐等。
相变储能技术
❖ 当今能源已经从主要依赖化石燃料缓慢而稳步地向着能源多元化 的方向发展，特别是自然能源的扩大利用。
❖ 储能：又称蓄能，是指使能量转化为在自然条件比较稳定的存在 形态的过程。
❖ 储存形态：机械储能、化学储能、电磁储能、风能储存、水能储 存。
❖ 无论在工业生产和日常生活中，能量储存非常重要。 ❖ 近年来能源科学和材料科学领域中十分活跃的前沿研究方向。
固-液相变储能材料-有机类
❖ 这类相变储能材料常用的有石蜡、烷烃、脂肪酸或盐类、 醇类等
❖ 高分子类有聚烯烃类、聚多元醇类、聚烯醇类、以及其他 的一些高分子。其中典型的有尿素、硬脂酸、CnH2n+2、 CnH2n、聚乙二醇等。
❖ 有机相变储能材料复合形成二元或多元相变储能材料。
2.1 固一液相变储能材料
相变储能材料的应用
相变材料的应用
❖ 在太阳能供暖系统上的应用 ❖ 在工业加热过程的应用 ❖ 在纺织行业的应用 ❖ 在建筑领域的应用
相变材料及其在温室中的应用
CaCl2·6H2O
Na2SO4·10H2O
2.2有机相变蓄热材料
有机相变蓄热材料主要包括：高分子类相变材料、 脂肪酸、醇类相变材料。
石蜡
作为相变蓄热材料的工业级石蜡是很多碳氢化合物的混合 体，其相变温度可调，且温度范围宽泛，熔点从23～67℃不等， 是有机储热材料中应用最广的相变材料。石蜡相变潜热高，几 乎没有过冷现象、自成核、熔化时蒸汽压力低、不易发生化学 反应且化学稳定性较好、没有相分离和腐蚀性（可以用金属容 器封装）；它还可与支撑材料形成定形相变材料，使其在围护 结构中的应用具有广阔的前景。石蜡的缺点主要是导热系数低， 可能有渗出现象。
相变材料按相变形式分为液-气、固-气、液-液、固-液、 固-固 5种，固-气或液-气变化材料由于相变时体积变化过 大而难以应用于实际，只有固-液、固-固有应用价值 。美 国 Dow化学公司对近两万种相变材料进行了测试，发现 只有1%的相变材料可进一步研究。适合作为温室储热的 相变材料更是少之又少。（？）
右图为采用原位聚合法用三聚氰胺甲醛树脂包覆一种相 变点为24℃相变材料A制得的相变储热微胶囊。
1、对温室相变储热材料的要求：
PCMs 的相变温度必须在植物生长的适宜温；
潜热值大、体积膨胀率小；
PCMs 不能从容器中外泄、长期循环不变质、与建材要相
容；
能在恒定温度下融化及固化，不发生过冷和相分离现象； 具有化学稳定性和低降解性质； 不腐蚀、无毒、非燃、不爆炸； 经济性好。
2、相变材料分类
CaCl2·6H2O的相变温度约在 26～29℃，熔解热为190 kJ/kg，不易分解，价格低，易得，安全无毒。 CaCl2·6H2O 有严重的过冷问题（其过冷度达 20℃）和对湿度的敏感性， 对应用不利。
相变材料
相变材料(Phase Change Materials，简称PCM。
所谓相变储能是指物质在相变化过程中吸收或释放能量．正是这一特性构成了相变储能材料具有广泛应用的理论基础。
相变材料从液态向固态转变时，要经历物理状态的变化。
在这两种相变过程中，材料要从环境中吸热，反之，向环境放热。
在物理状态发生变化时可储存或释放的能量称为相变热，发生相变的温度范围很窄。
物理状态发生变化时，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变。
大量相变热转移到环境中时，产生了一个宽的温度平台。
相变材的出现，体现了恒温时间的延长，并可与显热和绝缘材料在热循环时，储存或释放显热。
其原理是：相变材料在热量的传输过程中将能量储存起来，就像热阻一样将可以延长能量传输时间，使温度梯度减小。
由于相变材料具有在相变过程中将热量以潜热的形式储存于自身或释放给环境的性能，因而通过恰当的设计将相变材料引入建筑围护结构中，可以使室外温度和热流波动的影响被削弱。
把室内温度控制在舒适的范围内。
此外，使用相变材料还有以下优点：其一，相变过程一般是等温或近似等温的过程，这种特性有利于把温度变化维持在较小的范围内，使人体感到舒适；其二，相变材料有很高的相变潜热，少量的材料可以储存大量的热量，与显热储热材料(如混凝土、砖等)相比，可以大大降低对建筑物结构的要求，从而使建筑物采用更加灵活的结构形式。
《相变蓄能建筑材料的研究》简介能源的可持续发展是当今世界的一大难题。
解决该难题的基本途径有两个一是依靠科技进步，发明或者发现当前能源的替代品，二是研究新型节能技术，减少能源消耗。
在开发新能源方面，太阳能的开发利用受到很大的重视。
太阳能几乎是取之不尽，用之不竭的清洁能源。
世界能源专家认为，太阳能将是本世纪的主要能源。
然而在太阳能利用方面存在一个突出的问题一太阳能的间断性，这跟昼夜交替以及天气情况有关。
因此，迫切需要一种材料能存储太阳能，使之成为一种能连续使用的能源。
在节能方面，余热或者废热的回收过程中也涉及到能量的存储问题，需要用到储能材料。
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纳米吸附相变材料
相变材料在相变过程中 存在泄漏的问题，因此常将具 有纳米级微孔结构的材料与相变材料结合，利用毛细力 将相变材料吸附到微孔中，组成定性相变材料。在毛细 作用力和表面张力的作用下，相变材料很难从微孔结构 内渗透出来，从而抑制了相变材料在蓄热技术中应用时 的液态流动问题。
纳米微胶囊相变材料
谢谢！Thank you !
缺点☞无机相 变材料：过冷、 相分离、相变 时体积变化、 腐蚀容器、液 相泄露；有机 相变材料：熔 点低，易燃、 导热率低
分类
根据相变形式 、相变过程 分为固-液相变、固-固相变蓄能材料; 按照其相变温度范围 分为高、中、低温蓄能材料 ; 按照其成分 分为无机物和有机物(包括高分子)蓄能材料
工作 过程
新型相变材料的研究
纳米复合相变蓄能材 料
纳米吸附相变材料
纳米微胶囊相变材料
纳米复合相变蓄能材料
将纳米级材料与相变材料进行复合就可组成纳米复合相变 材料。可利用纳米材料较高的导热系数来提高相变材料的 传热效率，也可以作为晶体成长的核心来降低相变材料的 过冷度。 目前制备方法主要包括溶胶-凝胶法、插层法、共混法等。 其核心思想都是对复合体系中纳米粒子的几何参数、空间 参数、体积参数进行控制，使复合体系至少在一个维度上 达到纳米级别。
在建筑节能中的应用
目前建筑节能中的相变蓄能技术研究基本上可分为两方面： ❶是对采用相变蓄能技术的建筑物进行热特性研究； ❷是相变蓄能建筑材料的研究和开发。
应用：
㈠多功能墙体或地板 具有双相变点特征的相变蓄能墙体或地板。冬季，用夜间廉价电能 加热多功能墙体或地板，白天作为热源向室内空间辐射能量使室温 保持稳定，既节约了能源，又提高了房间内的热舒适度。夏季，多 功能墙体或地板又变为冷量蓄存体和辐射体，起到相反的功效。
相变蓄能 材料
安丽焕
目录
1
简介
新型相变材料的研究
2
3
相变蓄能材料的应用
简介
概念
相变蓄能材料(PCM)是指在其物相变化过程中, 可以从环境吸收热(冷)量或向环境放出热 (冷)量 , 从而达到能量的蓄存和释放的目的。
特点
优点☞蓄热密 度大、蓄放热 过程近似等温、 过程易控制、 并且可以多次 重复使用等。
微胶囊技术是一 种利用天然或合 成高分子材料， 将固体液体、甚 至是气体物质包 埋起来，形成具 有半透性或密封 膜的微型胶囊的 技术。
包覆固体或液体 的包覆膜称为囊 壁。被包覆的固 体或液体称为囊 芯。纳米相变微 胶囊的制备方法 主要包括细乳液 聚合法、界面聚 合法、原位聚合 法、凝聚法等。
新型相变材料的应用
Hale Waihona Puke 在建筑节能中的应用㈡太阳能建筑 太阳能是洁净、安全的可持续性能源，我国西部的太阳能资源非常丰富， 是太阳能建筑应用的最佳地区。在目前的太阳能建筑中，一般设臵特朗伯 集热墙或水墙，利用钢筋混凝土、水等高热容物质的显热收集和储存日照 时段的太阳能用于夜间等无日照时间 如果利用相变蓄能建筑材料替代特朗 伯集热墙和水墙 其相变潜热蓄能能力远高于普通混凝土或水 提高太阳能 利用率和室内热环境质量 ㈢智能控温的建筑物或混凝土工程 一些应用场合对建筑物的室内温度控制有严格要求，如精密仪器机房、IT 产业生产车间、现代化生物技术的温室、医院及艺术品收藏馆等。为了实现 对室温的自动控制，需要复杂昂贵的自动化设备，导致建筑物内部结构复杂， 故障率上升，增加了建筑物的建设成本和维护成本。而采用相变蓄能建筑材 料可以有效减缓和控制建筑物的内部温度的波动，简化温度控制设备系统， 降低建筑物的成本，包括能源费用支出，和运行故障率 并能够提高建筑室 温的智能控制水平。
蓄热材料的工作过程包括两个阶段：一是热量的储存阶 段 ,即把高峰期多余的动力、 工业余热废热或太阳能等 通过蓄热材料储存起来；二是热量的释放阶段 ,即在使用 时通过蓄热材料释放出热量 ,用于采暖、供热等。 热量储存和释放阶段循环进行 ,就可以利用蓄热材料解决 热能在时间和空间上的不协调性 ,达到能源高效利用和节 能的目的。
在制冷系统热回收装臵中的应用
热回收装臵由装臵外壳、制冷剂管路、水管路及相变蓄能材料组成。制冷 系统热回收装臵是将热回收技术和相变蓄能技术有机结合起来的一种新装 臵。 原理：利用相变材料在等温或者近似等温的条件下储存或释放大量相变潜 热实现能量的蓄、放。
在建筑节能中的应用
相变蓄能建筑材料是将 相变材料加入到建筑材 料中, 既能作为承载或 装饰材料,又能储蓄较 多的热量。复合到建筑 材料中的相变材料(PCM) 在其转化温度下发生相 变, 可以吸收环境的热 量, 并在低于转化温度 时向外释放热量, 相变 材料的转化过程在其转 变温度下进行。
在空调中的应用
在制冷系统热回收装臵中的应用
在建筑节能中的应用
在空调中的应用
蓄能空调就是利用蓄能设备在空调系统不需要能量或用能量小的时 间内将多余的能量储存起来，在空调系统需求能量大的时间将这部 分能量释放出来的空调系统。 蓄能空调可以减少大气污染和温室气体的排放，改善城市大气环境， 具有节能环保的意义。
工作原理： 与常规的空调系统相比，蓄能空调系统 增加了蓄冷、蓄热器和循环泵等设备， 其工作原理包括蓄冷、蓄热和放冷、放 热几个过程。
在空调中的应用
蓄能空调系统在我国也已有了一些成功案例，如： 广州大学城区域供冷系统和亚龙湾旅游渡假区采用的冰蓄冷空调 系统；济南奥林匹克中心采用的水蓄冷系统；上海世博会中国管 及南京国际博览中心冰蓄冷系统等。