相变储能材料在建筑工程中的应用研究
相变储能材料在建筑工程中的应用研究
相变材料（PCM）在其周围环境温度变化过程中，通过自身相转变从外界吸收或向外界释放热
能，协调能量需求在时间或强度上的不匹配，从而达到调控温度的目的[1],能够解决能源在时
间和空间上分配不均的矛盾，提高能源利用率，成为今后解决能源问题和环境问题的努力方
向。将其与一些建筑材料（如石膏 板 和 混 凝 土 等）复 合 制 备 相 变 储 能 建 筑 材 料
（PCBM）[2],能够提高建筑围护结构的热惰性，减小室内温度波动，提高环境温度舒适度；能
够有效抑制或减小大体积混凝土的温度裂缝。相变储能建筑材料的开发与应用已成为当前建筑
节能保温和功能建筑材料领域的热点问题之一[3].
1相变储能材料的特性及建筑用相变储能材料的制备方法
目前具有相变储能特点的材料有 20000 多种，按相变方式可分为固-气、液-气、固-固和固-液相
变材料[4].其中，固-气、液-气两类相变材料在相变过程中产生大量气体，体积膨胀大，对封装
容器要求高，限制了其在建筑领域的应用；固-固相变材料具有相变过程体积变化小、耐久性
好、传热效率高和过冷度小的优点，但通常相变温度高[5];固-液相变材料因其在相变前后体积
变化小、相变潜热大、相变过程中温度近似恒定且价格较便宜等优点成为建筑应用中的研究热
点。按化学组成通常可将固-液相变材料统分为无机水合盐类和有机物类。
无机水合盐类是中、低温相变储能材料中重要的一种，具有导热系数大、密度高、相变潜热较
大、使用范围广、价格低廉等优点，但同时也普遍存在过冷和析出问题，使其储热性能逐步衰
退，影响相变材料的储放热效率及耐久性。通常采用添加成核剂[6]或增稠剂[7]的方法降低过
冷度，抑制无机水合盐固-液相分离。
有机类固-液相变材料主要分为烷烃类（如石蜡等）及酸酯类。石蜡是由不同长度碳链的直链
烷烃混合而成，具有潜热高、自成核、无过冷和相分离、熔融蒸汽压低、化学稳定性好、无腐
蚀性、价格较低等优点，但同时也存在导热系数低、密度小等 缺 陷。对 石 蜡 性 能 研 究 主
要集中在调控其相变温度[8]、提高导热性能[9]和解决液相泄漏问题[10].酸酯类相变材料
同样也存在导热性差的缺陷[11].研究发现脂肪酸相变材料相变潜热与其相变温度相关，导热系
数和相变温度呈反比关系[12].
将固-液相变储能材料应用于建筑材料中，在环境温度高于相变温度以上时其转化成液相，易
流动泄漏到承载基体中，不仅影响自身的耐久性与储热能力，而且泄漏的相变材料在由固态向
液态转变时往往存在体积膨胀，致使建筑基体表面鼓包或开裂，甚至会严重降低基体强度，对
建筑材料的使用性能及外观造成不利影响。因此，在实际应用时需要采取相应的封装措施。常
用的方法有微胶囊法、多孔介质吸附法、高分子聚合定形法和直接混合法[2,13].
1.1 微胶囊法
微胶囊法是将分散均匀的颗粒或液滴状态的相变材料包封在聚合物薄膜内，形成粒径在
1~1000μm 之间的微米级胶囊的一种技术[14].相变微胶囊的成型方法主要包括化学法、物理法
和物理化学法。微胶囊的外观形态和粒径分布对其溶解性、形状稳定性、流动性及力学性能等
有着重要影响。通过微胶囊的包裹，能够有效阻隔相变材料与周围环境之间发生作用，降低相
变材料对基体材料的腐蚀作用，减缓相变材料自身的老化，提高相变材料热稳定性和耐久性；
保持相变材料形态稳定，限制相转变过程中的体积变化[15].优化微胶囊工艺，降低成本，获得
相变潜热更大、囊壁机械强度更高、致密性好、粒径分布均匀、热导性和亲水性良好的相变微
胶囊是今后持续研究的目标。
1.2 高分子聚合定形法
高分子聚合定形法是利用接枝、嵌段共聚或高分子交联，将相变材料与其它高分子链以化学键
的方式结合到一起而制备出的定形相变材料[16].相变物质分布于聚合物三维网状结构中，使其
在相变过程中表现为宏观固相、微观液相，具有优良的热稳定性。然而，高分子材料大多易
燃，如何增强定形相变材料的阻燃防火性能、提高其使用安全性还有待进一步的研究。
摘要：
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相变储能材料在建筑工程中的应用研究相变材料（PCM）在其周围环境温度变化过程中，通过自身相转变从外界吸收或向外界释放热能，协调能量需求在时间或强度上的不匹配，从而达到调控温度的目的[1],能够解决能源在时间和空间上分配不均的矛盾，提高能源利用率，成为今后解决能源问题和环境问题的努力方向。将其与一些建筑材料（如石膏板和混凝土等）复合制备相变储能建筑材料（PCBM）[2],能够提高建筑围护结构的热惰性，减小室内温度波动，提高环境温度舒适度；能够有效抑制或减小大体积混凝土的温度裂缝。相变储能建筑材料的开发与应用已成为当前建筑节能保温和功能建筑材料领域的热点问题之一[3].1相变储能材料的特性及建筑用...
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作者：闻远设计
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