（１． Ｊｉａｎｇｓｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００８，Ｃｈｉｎａ； ２． Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９２， Ｃｈｉｎａ） Ａ ｂ ｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ． Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｒｅ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ａｔ ｌａｓｔ， ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｓｕｂｊｅｃｔｓ ｄｅｓｅｒｖｉｎｇ ｔｏ ｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｕｄｙ ａｒｅ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ． Ｋ ｅｙ ｗ ｏ ｒｄ ｓ：ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ； ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ； ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ； ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
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。该温度平台的出现，体现了恒温 时间的延长，并可与显热和绝缘 材 料 区 分 开 来 （ 绝 缘 材料只提供热温度变化梯度）。相变材料在热循环时， 储存或释放显热。
共熔混合物来覆盖低共熔点之间的区域。
２ 相变储能控温复合材料制备技术
２．１ 胶囊型相变材料 为了解决相变材料在发生固—— —液相变后液相的
流动泄漏问题，特别是对于无机水合盐类相变材料还 存在的腐蚀性问题，人们设想将相变材料封闭在球形 的胶囊中，制成胶囊型复合相变材料来改善应用性能。
其中，溶胶—— —凝胶法（Ｓｏｌ－Ｇｅｌ）就是近年来发展 比较迅速的一种［６］。溶胶— ——凝胶工艺是一种独特的 材料合成方法，它是将前驱体溶于水或有机溶剂中形 成均质溶液，然后通过溶质发生水解反应生成纳米级 的粒子并形成溶胶，溶胶经蒸发干燥转变为凝胶来制 备纳米复合材料。它与传统共混方法相比较具有一些 独特的优势：①反应用低黏度的溶液作为原料，无 机— ——有机分子之间混合相当均匀，所制备的材料也 相当均匀，这对控制材料的物理性能与化学性能至关 重要；②可以通过严格控制产物的组成，实行分子设 计和剪裁；③工艺过程温度低，易操作；④制备的材料 纯度高。
２００６ 年第 ２ 期（总第 ３４ 卷 第 １９０ 期） Ｎｏ．２ ｉｎ ２００６ （Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１９０， Ｖｏｌ．３４）
建筑节能
■节能技术 ＥＮＥＲＧＹ－ ＳＡＶＩＮＧ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
新型相变储能技术的应用与发展
尚燕 １， 张雄 ２ （１．江苏省建筑科学研究院，江苏 南京 ２１０００８；２．同济大学材料科学与工程学院，上海 ２０００９２）
采用胶囊化技术来制备胶囊型复合相变材料能 有效地解决相变材料的泄漏、相分离以及腐蚀性等问 题，但胶囊体材料大都采用高分子物质，其热导率较 低，从而降低了相变材料的储热密度和热性能。此外， 寻求工艺简单、成本低以及便于工业化生产的胶囊化 工艺也是需要解决的难题。 ２．２ 与高分子材料复合制备定形相变材料
相变材料在熔化或凝固过程中虽然温度不变，但 吸收或释放的潜热却相当大。目前已知的天然和合成
２１
的相变材料超过 ５００ 种，且这些材料的相变温度和储 热能力均不相同。把相变材料与普通建筑材料相结 合，还可以形成一种新型的复合储能建筑材料。这种 建材兼备普通建材和相变材料两者的优点［２］。 １．２ 相变储能控温复合材料的发展现状
为了克服传统的相变材料在实际应用中需要加 以封装或使用专门容器以防止其泄漏的缺陷，近年 来，出现了将有机相变材料与高分子材料进行复合， 制备出在发生相变前后均呈固态而保持形体不变的 定形相变材料。
其中一种制备工艺是将相变材料（如石蜡）与高分 子物质（如聚乙烯）按一定比例在热炼机上进行加热共
２２
混。肖敏、龚克成等人［９］将石蜡与一热塑性体苯的乙 烯—丁、二烯—苯、乙烯三嵌段共聚物（ＳＢＳ）复合制备 了在石蜡熔融态下仍能保持形状稳定的复合相变材 料。复合相变材料保持了纯石蜡的相变特性，其相变 热焓可高达纯石蜡的 ８０％。复合相变材料的热传导性 比纯石蜡好。因此，其放热速率比纯石蜡快，但由于 ＳＢＳ 的引入，其对流传热作用削弱，所以蓄热速率比 纯石蜡慢，但是在复合相变材料中加入导热填料膨胀 石墨后，其热传导性进一步提高，以传导传热为主的 放热过程更快了，放热速率比纯石蜡提高了 １．５ 倍。 而在以对流传热为主的蓄热过程中，由于热传导的加 强效应与热对流减弱效应相互抵消，而保持了原来纯 石蜡的平均蓄热速率。
利用具有大比表面积微孔结构的无机物作为支 撑材料，通过微孔的毛细作用力将液态的有机物或无 机物相变储热材料（高于相变温度条件下）吸入到微孔 内，形成有机 ／ 无机或无机 ／ 有机复合相变储热材料。 在这种复合相变储热材料中，当有机或无机相变储热 材料在微孔内发生固—液相变时，由于毛细管吸附力 的作用，液态的相变储热材料很难从微孔中溢出。
域中一个十分活跃的前沿研究方向。
１ 相变储能控温材料的机理及发展现状
１．１ 相变储能控温材料的机理 相变储能控温材料是指在其物相变化过程中，可
以与外界环境进行能量交换（ 从外界环境吸收热量或 者向外界环境放出热量），从而达到控制环境温度和 能量利用的目的的材料。与显热储能相比，相变储能 控温具有储能密度高、体积小巧、温度控制恒定、节能 效果显著、相变温度选择范围宽、易于控制等优点，在 航空航天、太阳能利用、采暖和空调、供电系统优化、 医学工程、军事工程、蓄热建筑和极端环境服装等众 多领域具有重要的应用价值和广阔的前景。
林怡辉，张正国等人［７］采用溶胶—— —凝胶法，采用 二氧化硅作母材，有机酸作相变材料，合成复合相变 材料。二氧化硅是理想的多孔母材，能支持细小而分 散的相变材料；加入适合的相变材料后，能增进传热、 传质，其化学稳定性好，热稳定性好。有机酸作相变材 料克服了无机材料易腐蚀、存在过冷的缺点，而且具 有相变潜热大、化学性质稳定的优点。
相变储能控温是提高能源利用效率和保护环境 的重要技术，常用于缓解能量供求双方在时间、强度 及地点上不匹配的有效方式，在太阳能的利用、电力 的“ 移峰填谷”、废热和余热的回收利用，以及工业与 民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景， 目前已成为世界范围内的研究热点。利用相变材料的 相变潜热来实现能量的储存和利用，有助于提高能效 和开发可再生能源，是近年来能源科学和材料科学领
这样，既充分发挥了定形固—— —液相变材料的优 点是：无需容器盛装，可直接加工成型，不会发生过冷 现象，使用安全方便。也克服了固—— —液相变材料明 显的缺陷：在相变介质中加入热导率较低的聚合物载 体后，导致本来热导率就不高的有机相变材料的热导 率更低了，并且还造成整个材料蓄热能力的下降。 ２．３ 利用毛细管作用将相变材料吸附到多孔基质中
摘要： 概括和评述了相变储能复合材料的制备方法及其研究进展，介绍了相变材料在建筑方面的应用，最后，指出当前存在问题以及
目前值得深入研究的课题。
关键词： 相变材料； 储能； 复合材料； 应用
中图分类号： ＴＵ５９９
文献标志码： Ａ
文章编号： １６７３－７２３７（２００６）０２－００２１－０６
Ａ ｐ ｐ ｌｉｃａｔｉｏ ｎ ａｎ ｄ Ｄ ｅｖｅｌｏ ｐ ｍ ｅｎ ｔ ｏ ｎ ｔｈ ｅ Ｔ ｅｃｈ ｎ ｏ ｌｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｐ ｈ ａｓｅ Ｃ ｈ ａｎ ｇ ｅ Ｅ ｎ ｅｒｇ ｙ Ｓ ｔｏ ｒａｇ ｅ ＳＨＡＮＧ Ｙａｎ１，ＺＨＡＮＧ Ｘｉｏｎｇ２
研究具体方法主要有：一种是共混而成，即利用 二者的相容性，熔融后混合在一起而制成的成分均匀 的储能材料；另一种方式是采用封装技术，即把载体 基质做成微胶囊、多孔泡沫塑料或三维网状结构，再 把相变材料灌注于其中，这样微观上仍是发生固—液 相变，进行储能控温。但从相变材料的整个宏观特性 上来看仍然保持其固体形状。这类储能材料的优点 是：无需容器盛装，可以直接加工成型，不会发生过冷 现象，使用安全方便。其缺点：①以共混形式制成的复 合相变材料，难以克服低熔点相变材料在熔融后通过 扩散迁移作用，与载体基质间出现相分离的难题；② 相变材料加入一定的载体后，导致整个材料储热能力 的下降，材料的能量密度较小；③载体中掺入相变材 料后又导致材料机械性能的下降，整个材料的硬度、 强度、柔韧性等性能都受到很大的损失，以至于寿命 的缩短、易老化而使工作物质泄漏、污染环境。因此， 到目前为止相变材料和载体相互之间还存在着难以 克服的矛盾。
研究难点是如何实现相变材料与建材基体复合 的工艺技术［３］，在这一方面，Ｔｖａｌｏ．Ａｎｉｌ 等人的工作比 较突出，他们提出了 ３ 种有效的方法：①将相变材料 吸人多孔材料中；②将相变材料渗透入聚合材料中； ③将相变材料吸入分割好的特殊基质材料中，形成柔 软、可以自由流动的干粉末，再与建筑材料混合。
Ｌｅｅ Ｈｙｏｅｎ Ｋｏｏｋ 研究出一种球形储热胶囊及其 制备方法。先将无机水合盐类相变材料（如三水乙酸 钠）与一定量的成核剂和增稠剂混合均匀后，制成直 径为 ０．１～３ｍｍ 的球体作为核，然后再在球形相变材 料核的外表面涂覆一层憎水性的蜡膜以及 １～３ 层聚 合物膜，最后得到直径在 ０．３～１０ｍｍ 之间的胶囊型 相变材料［８］。
多孔介质种类繁多，具有变化丰富的孔空间，是 相变物质理想的储藏介质。可供选择的多孔介质包括 石膏、膨胀黏土、膨胀珍珠岩、膨胀页岩、多孔混凝土 等。采用多孔介质作为相变物质的封装材料可以使复 合材料具有结构－ 功能一体化的优点，在应用上可以 节约空间，具有很好的经济性。多孔介质内部的孔隙 非常细小，可以借助毛细管效应提高相变物质在多孔 介质中的储藏可靠性。多孔介质还将相变物质分散为 细小的个体，有效地提高其相变过程的换热效率。