相变储能技术分析及材料应用

赵雅楠 康智强

摘 要：本文主要介绍了相变储能技术，以及在相变储能技术方面材料的应用分类与特性分析，分析认为，相变储能技术在能源电力、工农业生产、改善发动机性能、纺织品材料及航空航天等领域都具有非常广泛的应用价值，值得研究。

关键词：相变储能；节约能源

相变储能技术是一种基于材料相变过程吸或放热而实现能量储存的技术，已广泛应用在工业企业能量回收领域。相变储能材料是指在指定温度或温度范围（相变温度）下不仅能发生物质相态变化，而且可以吸收或放出大量相变潜热的具有特定功能的物质，既可用来储热，也可以用来蓄冷。相变储能与显热储能相比，具有高的储能密度，且储能放能是容易控制且接近等温的过程，因此非常适于解决能量供给难题与需求失衡难题。对于提高能源利用率，改善能源結构，具有重大意义。

1 相变储能技术的应用

1.1 相变储能技术在功能性混凝土中的应用

混凝土在养护过程中容易产生温度裂缝，作为建筑的围护结构隔热保温性能差，混凝土路面中受冻融破坏而影响耐久性。将相变储能材料加入混凝土中制备相变储能混凝土，相变储能材料依靠潜热储能方式实现能量在时间和空间的转移利用，相变储能材料和混凝土结合形成相变控温大体积混凝土、相变储能混凝土围护结构、相变控温混凝土道路，可以实现混凝土制品功能结构一体化。

1.2 相变储能技术在电力调峰中的工程应用

研究发现，电热相变蓄热装置体积小，寿命周期成本低，投资回收年限短，应为蓄热式电采暖的首选形式。在需求方面，相变储能技术对于实行峰谷电价，是强有力的技术保证，与此同时，对于促进谷期电力消费和调峰，该技术是非常实用的可行性方式。

2 相变储能材料的研究分析

2.1 相变储能材料的分类与性能要求

相变储能材料的分类方法多种多样，依据化学组成分类，可分为无机材料和有机材料以及混合相变材料3大类；依据储能的温度范围分类，可分为高温、中温及低温等类型；储能过程中，依据材料相态的变化分类，又可分为固、液相变储能和固、固相变储能两大类。目前仍在研究新型材料以更好的适用于相变储能技术，但在研究过程中应基于以下要求： （1）具有合适的相变温度、相变潜热和导热性能；（2）具有较快的结晶速度和晶体生长速度，不会发生熔析现象，且无毒、不易燃，不会使相变介质化学成分发生变化；（3）体积膨胀率小、蒸汽压低且密度较大；（4）原料易得、价格便宜。

2.2 相变储能材料在建筑中的应用

“论建筑节能中相变储能材料的运用”一文介绍到在常用的建筑材料中加入相变材料，可以制作墙体、底板等建筑围护材料。根据目前的研究与应用，制备建筑围护材料大多采用有机类相变储能材料，如添加脂肪烃或脂肪酸类、多元醇类等。脂肪烃或脂肪酸类是固-液相变材料，需要进行封装。多元醇类是固-固相变材料，通过晶型转换进行储能和释能。把相变储能材料加入石膏、混凝土等基础建材即可制备成相变储热建筑围护材料。

3 相变储能方式同其他储能方式的比较

同其他储能方式比较，相变储能方式有以下优点：（1）相变储能材料相变时体积变化较小，且能量密度高，可在较小的空间储存较大的能量；（2）可重复利用，性能较稳定；（3）物质相变时在等温或接近等温的条件下发生，因此在蓄热和放能的过程中，温度和热流基本恒定。

与此同时，相变储能方式同其他储能方式比较，其研究起步晚，技术还不成熟，仍存在许多缺点，比如：有些相变储能材料在多次利用后性能会发生改变，无法继续使用，此外相变储能材料成本相对较高，是目前利用的一大难题。

4 总结

人们越来越重视相变储能技术的节能性、环保性及经济性。因此，我们应更加注重该技术的创造研发，争取在航天事业、公路交通、纺织制造、农牧事业、能源结构、发动机技术等方面取得更大的进步。

相变材料有很好的储能效果，并且在建筑节能中有了很好的应用，减少能源消耗，使室内环境得到改善。由于相变储能材料的发展应用时间不是很长，因此还需要提高重视程度，积极开发与研究，相信未来相变储能材料有很好的发展前景，应用范围会越来越广。

参考文献：

[1]王永川，陈光明，张海峰，洪峰.相变储能材料及其实际应用.

[2]肖栋天，石发恩.相变储能技术在功能性混凝土中的应用.

[3]张仁元，柯秀芳，秦红.相变储能技术在电力调峰中的工程应用.

[4]梁恩才.论建筑节能中相变储能材料的运用.