有机相变材料分类及运用
有机相变材料分类及运用
引言
第三次工业革命之后人类科技得到了高速发展，随之而来的是能源需求的逐年增加。根据国际
能源署（Internatio-nal Energy Agency,IEA）的报道，化石燃料消耗占全球能源消耗的 81%,而且
这一趋势将持续到 2030 年[1].化石燃料资源的持续减少以及能源使用中产生的温室气体、有毒
气体、粉尘等严重威胁着人类生存和自然环境。与此同时，能源短缺的现状与人们日益增长的
室内温度舒适度需求之间的矛盾也不可忽视。能量存储技术被看作是解决能源短缺问题的有效
途径，将它应用在建筑中既可以降低能耗、提高能源利用率，又可以降低温室气体的排放。
相变材料（Phase change materials,PCM）是一种高效储能物质，当环境温度发生改变时它会由
一种相态转化到另一种相态，同时伴有能量的吸收（释放）而自身温度不会发生改变。利用相
变材料这一独有的特性来协调能量供求在时间和强度上不匹配的问题是经济可行的方法，因而
它被广泛地应用于能量储存和温度控制领域[2].将相变材料应用于建筑材料中，可得到具有储
能和控温功能的复合型建筑围护结构，在减小室内温度波动，提高舒适度的同时，还可以减轻
建筑结构自重，节省空调采暖费用[3].相变材料可以分为有机相变材料（Organic phase
changematerials,OPCMs）、无机相变材料（Inorganic phase changematerials,IPCMs）和复合相变
材料（Composite phase changematerials,CPCMs）。其中有机相变材料具有相变潜热大、无过
冷、无腐蚀、无体积效应、无毒无害等优点[4],得到科研工作者的广泛关注。本文综合国内外
科研工作者近 5年的科研成果，总结了有机相变材料在建筑节能领域的研究现状。
1 有机相变材料分类
1.1 石蜡
石蜡是精制石油的副产品，通常是从原油的蜡馏分中分离而得，需要经过常减压蒸馏、溶剂精
制、溶剂脱蜡脱油、加氢精制等工艺才能从石油中提炼出来[5].石蜡主要由含碳数为14~30 的
直链烷烃构成，具有相变温度宽（10~80℃）、蓄热密度中等、相变潜热高（200~300J/g）等特
点。表1列出了不同含碳数直链烷烃的热物性质。直链烷烃的熔点随含碳数的增加而升高，相
变潜热总体上也随含碳量的增加而增加[6].
石蜡类相变材料在储能领域得以广泛应用的原因在于它具有相变潜热高、相变温度范围宽、无
过冷现象、价格低廉等优点[7],以及稳定的化学性质。Shukla 等[8]报道了 A、B、C三种不同相
变温度石蜡的冻融循环测试结果。石蜡 A和B经过 600 次循环后相变潜热和相变温度均发生少
量降低。然而，石蜡 C经过 1500 次循环后的热性能与循环600 次的 A和B相差无几。这说明
石蜡类相变材料在初期会发生储热性能的衰减，但经历了初期的性能衰减之后，石蜡性能趋于
稳定，适合长期使用。Alkan 等[9]用聚丙烯和石蜡制备出一种定型相变材料。为了验证材料的
稳定性，他们对3000 次冻融循环后的定型相变材料进行差示扫描量热分析（Dif-ferential
scanning calorimeter analysis,DSC）和傅里叶红外光谱分析（Fourier transform infrared
spectroscopy,FT-IR），测试结果表明无论在蓄热能力还是化学稳定性上，这一复合材料都表现
出了优异的性能。根据以上工作可以看出，石蜡类相变材料在热稳定和化学稳定性上具有很好
的可靠性。
1.2 脂肪酸及其衍生物
常见的有机相变材料除石蜡外，还有脂肪酸及其衍生物。脂肪酸及其衍生物是一类羧酸化合
物，由碳氢组成的烃类基团连结羧酸所构成。脂肪酸及其衍生物与石蜡一样具备了潜热高、过
冷度低、无毒无腐蚀、来源广泛等特点[7,10].另外，脂肪酸及其衍生物特有低共熔效应---将不
同脂肪酸熔融混合形成低共熔混合物，可有效降低混合物的相变温度，从而拓宽了脂肪酸类相
变材料相变温度范围，使得其应用领域更加广泛[11].刘程等[12]对脂肪酸低共熔混合物相变温
度和潜热理论预测公式进行了选择和实验验证，通过 DSC 测试月桂酸-肉豆蔻酸二元低共熔混
合物、月桂酸-肉豆蔻酸-棕榈酸三元低共熔混合物的热物性参数，发现理论预测公式对低共熔
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有机相变材料分类及运用 引言第三次工业革命之后人类科技得到了高速发展，随之而来的是能源需求的逐年增加。根据国际能源署（Internatio-nalEnergyAgency,IEA）的报道，化石燃料消耗占全球能源消耗的81%,而且这一趋势将持续到2030年[1].化石燃料资源的持续减少以及能源使用中产生的温室气体、有毒气体、粉尘等严重威胁着人类生存和自然环境。与此同时，能源短缺的现状与人们日益增长的室内温度舒适度需求之间的矛盾也不可忽视。能量存储技术被看作是解决能源短缺问题的有效途径，将它应用在建筑中既可以降低能耗、提高能源利用率，又可以降低温室气体的排放。相变材料（Phasechangemat...
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作者：闻远设计
分类：土木建筑化工水利
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