建筑节能的一个重要方法—相变储热

近年来，建筑能源消耗增量极为惊人，建筑节能已经成为能源安全与可持续发展战略的重要环节。相变储热技术利用物质相变潜热对能量进行贮存和利用，能有效解决和缓解能量在时间、空间、强度及地点上转换和供需的不匹配，高效利用能源节能减排，是建筑节能的一个重要方法。相变储热材料，即能提供相变潜热的物质，是相变储热技术的核心物质。适合于建筑节能的相变储热材料，要求熔沸点高，不易挥发损失，导热性好；相变温度合适、潜热高，单位体积储热量大，且相态转变均匀有序，相变过程体积变化小，相变速率快、可逆性好；而且要有化学稳定性，经反复使用性状不发生质的改变，且安全无毒害，不易燃爆，腐蚀性小，无污染；还要适应商业经济规律，原料易得，成本低廉。例如，目前，常用的相变储热材料，石蜡，是一种直链烷烃混合物，其相变温度会随分子量增大而升高（4.5℃~68℃），其熔融焓则随组分不同而变化（152~244kJ/kg）；石蜡无反应活性，不腐蚀金属。 相变储热材料在建筑节能中的主要应用形式是将此类材料与传统建材复合成相变储热建材后，再用于建造建筑。比如相变储热砂浆，相变储热混凝土，相变储热砖等。相变储热砂浆具有良好的调温性能，可以降低室温波动和减小最大温度值。有报道，掺用5%~15%石蜡基相变储热材料后，不仅具有储热性能，而且改善了石灰砂浆的综合性能。相变储热混凝土的储热、散热与调温性能好，应用范围广，已经受到二十多年的高度关注。据报道，在100℃以上，将石蜡与其它相变储热材料作物理共混与包封处理，得到相变温度为27℃、熔融焓为110kJ/kg的石蜡基相变储热材料；将其填入混凝土空心地板的孔穴中，制得的相变储热混凝土板能够较好地缓冲温度变化。采用多孔材料吸收液体相变材料，先制成相变骨料，再将骨料与普通混凝土复合，则更有利于克服结构不均的问题，从而利于获得储能效果更好的相变储热混凝土。在制备免烧砖时直接掺入相变储热材料，或将相变储热材料填入多孔烧结砖的孔穴内，即可获得相变储热砖。相变储热砖调节室温能力随着相变储热材料填充量的增加而变强；相变储热材料填充于砖的中心线位置，既能保持砖的强度，又会赋予相变储热砖较好的热效能，可使室内热通量减少17%。 研究表明，采用相变储热技术，可以起到削峰填谷的效果，即将电力高峰负荷的用户需求转移到电力低谷负荷时段。通过电控系统使相变储热建材在非高峰期存储热能或冷能，而在高峰期间将其释放出来，可在很大程度上缓解建筑能量供求在时间和强度上不匹配的矛盾，对实现建筑节能具有重大意义。据报道，往复合辐射供暖板的硅钙板结构层中添加石蜡基相变储热材料，可大大提升该地板的储热能力，可以起到削峰填谷作用，显著节约电费。