相变储能材料在建筑领域的发展和应用

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2023.11.006

中国塑料 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (11): 46-61.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2023.11.006

相变储能材料在建筑领域的发展和应用

赵合瑾¹, 万贤¹(), 路佳慧¹, 张红雨¹, 郭宝华²

^1.北京工商大学化学与材料工程学院，北京 100048
^2.清华大学先进材料教育部重点实验室，北京，100084

收稿日期:2023-03-13 出版日期:2023-11-26 发布日期:2023-11-22
通讯作者: 万贤（1979—），女，副教授，从事相变蓄能材料，冷链运输保温材料，缓释材料等研究，wanxian@btbu.edu.cn
E-mail:wanxian@btbu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(51503006)

Development and applications of phase⁃change energy⁃storage material in architecture

ZHAO Hejin¹, WAN Xian¹(), LU Jiahui¹, ZHANG Hongyu¹, GUO Baohua²

^1.College of Chemistry and Materials Engineering, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China
^2.Key Laboratory of Advanced Materials of Ministry of Education, Beijing 100084, China

Received:2023-03-13 Online:2023-11-26 Published:2023-11-22
Contact: WAN Xian E-mail:wanxian@btbu.edu.cn
Supported by:
Fund of Key Laboratory of Advanced Materials of Ministry of Education(AdvMat?2023?7)

摘要/Abstract

摘要：

以国内外建筑节能发展现状、我国建筑领域的能源消耗为研究背景，总结了相变储能材料的分类，分析了建筑相变材料的选用，并调研了相变储能技术在建筑节能领域的应用和现阶段存在的不足，对相变储能材料在建筑领域中的应用发展前景做出了展望。

关键词: 相变储能, 建筑领域, 建筑节能

Abstract:

In this paper， the classification for phase⁃change energy⁃storage materials was summarized on the basis of the domestic and foreign development of building energy conservation and energy consumption in construction field in our country as a background， and the selection of phase⁃change materials for building use was analyzed. Meanwhile， the application of phase⁃change energy⁃storage technology in the field of building energy conservation and the existing deficiencies were investigated. Finally， the application prospect of phase⁃change energy⁃storage materials in the construction field was prospected.

Key words: phase change energy storage, construction field, building energy conservation

中图分类号:

TQ320.79

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图/表 17

图1 我国2015—2022年能源消费量及生产总值情况

Fig.1 China's energy consumption and GDP from 2015 to 2022

脂肪酸	相变温度/℃	潜热焓值/J·g^-1
硬脂酸丁酯	19	140
棕榈酸	61~64	203~185
肉豆蔻酸	49~58	205~187
月桂酸	42~44	178
癸酸	28	69
聚乙二醇2 000	53	154
聚乙二醇6 000	60	181

表1 脂肪酸类PCMs

Tab.1 PCMs of fatty acid

盐水合物	相变温度/℃	潜热焓值/J·g^-1
CaCl₂·6H₂O	28~30	171~200
Na₂CO₃·10H₂O	32~36	247
CoSO₄·7H₂O	41	170
FeCl₃·6H₂O	37	223
MnCl₂·4H₂O	58	151

表2 盐水合物PCMs

Tab.2 PCMs of salt hydrate

项目	要求
物理性质	相变温度适宜、相变潜热大、体积变化率小、可循环利用
化学性质	无毒无公害、无腐蚀性、常温下不分解
经济性	原料易得、成本低廉、环境友好

表3 建筑领域PCMs的选择

Tab.3 Selection of PCMs in architecture

图2 PCMs与非相变材料随温度变化的对比

Fig.2 Comparison of change of PCMs and non⁃phase change materials with temperature

图3 普通建筑及复合PCMs建筑室内外温度和热量传递变化

Fig.3 Indoor and outdoor temperature and heat transfer changes of ordinary building and composite PCMs building

图4 PCMs与建筑材料的复合方法［33， 35⁃37］

Fig.4 Composite methods of PCMs and building material［33， 35⁃37］

图5 PCMs和支撑材料的主要类型及各自所占的比例［44］

Fig.5 Main types of PCMs and support materials and their respective proportions［44］

图6 PCMs在玻璃窗中的应用

Fig.6 Application of PCMs in glass windows

图7 不同类型的墙体

Fig.7 Different types of walls

图8 采用PCMs复合建筑构件搭建的独立建筑

Fig.8 Independent building constructed by building structures with PCMs

图9 电加热相变储热地板模型［55］

Fig.9 Model of electric heating phase change heat storage floor［55］

项目

焓/J·g^-1

熔融温度/℃

比热容（固态）/

J·（kg·K）^-1

表4 市售无机水合盐的特性参数

Tab.4 Characteristic parameters of commercially available inorganic hydrating salts

图10 德国第一幢“3升房”

Fig.10 The first "3⁃litre House" in Germany

图11 工人在喷涂含有无机水合盐PCMs的聚氨酯泡沫

Fig.11 A worker spraying polyurethane foam containing inorganic hydrating salts PCMs

图12 运维国际总部大厦

Fig.12 Yun Wei international headquarters building

图13 冬奥会和冬残奥会使用的相变储能箱

Fig.13 Phase change storage tanks used in Winter Olympics and Paralympics

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相变储能材料在建筑领域的发展和应用

Development and applications of phase⁃change energy⁃storage material in architecture

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图/表 17

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