建筑围护工程用相变储能材料的关键制备技术

李小鹏(武昌工学院，湖北 武汉 430000)

0 引言

社会经济的快速发展，城市化的进程不断加快，在环境问题等多方面因素的影响下，在建筑工程中大家都非常注重节能技术的应用与普及。而相变储能建筑材料在当前的建筑行业中逐渐被重视起来，因此研究人员对相变储能建筑材料的使用加大研发与应用的研究。这种相变储能建筑材料在能源存储和节能方面都有着优越的表现，能够满足到当前建筑行业中对节能的要求与需求。

1 相变储能建筑材料

1.1 相变储能材料的概念

相变储能材料是一种在特定的温度与范围中，其材料本身的状态能够根据所处的环境来进行变化，从而极大地发挥出材料的性能。当环境的温度逐渐升高或者是下降的情况下，相变储能材料都能根据当时所处的环境温度变化而把多余的热量进行储存或者是释放，充分起到了节能的作用。相变储能材料根据具体的使用途径，可以把其分为潜热、显热与化学反应三种不同性质的储能材料。而在具体的使用过程中，显热材料的储能效率是最低的，其对环境的要求较高。而化学储能材料及工艺较为复杂，在实际使用中受到了一定的限制。因此，在这三种材料中目前应用最为较广泛的则是潜热材料，因为潜热储能材料在设计上相对而言要更加的灵活和简单，能够更好地适应环境，且不用耗费过大的成本与时间。

1.2 相变储能材料的应用价值

人们对建筑的需求量越来越大，因此建筑技术则需要不断提高，从而满足当前建筑领域的需求。当前传统的建筑材料已无法满足快速发展的建筑行业的需求，而相变储能材料由于其自身的材料特性，在建筑发展当中具有较的应用场景与价值。在建筑施工的过程中，结合相变储能材料加入到传统的建筑材料当中进行施工，能够有效地加强建筑结构的承载力，让建筑的性能变得更好，同时达到节能的效果，优化人们的居住环境。其次，在实际使用相变储能材料时，可以降低室内的整体温度波动，使温度维持在一个较为合理的数值以内。由于其本身具有保温的性能与特点，因此，在建筑材料中结合相变储能建筑材料，能够减少空调和供暖设备的运行频率，达到节约成本、保护环境的重要作用[1]。

2 相变储能建筑材料应用技术

2.1 应用于墙体建筑节能工程当中

保护环境依然是当前的主要趋势，因此国家对建筑行业当中采用节能材料十分重视。通过分析可以发现，在使用相变储能建筑材料以后，其房间的整体温度波动幅度较为平稳。通过统计研究表明，在使用了相变储能建筑材料以后，其年用电量成本更低，在房间内的每平方米二氧化碳总排放量也有所减少[2]。

2.2 高温相变储能技术应用

相变储能材料本身具有较强的高温适应性。在实际使用的过程中，不仅是在建筑行业得到应用，还被广泛应用于钢铁、冶金等各种行业当中。比如热管换热器，该装置当中的组成部分由管芯、外壳和管等，其主要的作用就是用来实现能源的储存和转移。而在使用了相变储能材料以后，因其本身具有良好的节能效果并能够充分利用余热，起到了成本节约的效果[3]。

2.3 相变储能混凝土的应用

在建筑节能中，应用这种相变储能混凝土材料相比普通的混凝土，其具有更好的热容性且不影响耐久性。作为外墙体的材料，在实际使用的过程中，对室内温度的稳定起到明显作用，不容易因为环境而发生变化，具有经久耐用的特点。

2.4 中低温相变储能技术应用

2.4.1 建筑供暖储能

在当前的建筑供暖方式中，主要是采用集中供暖和分散供暖两种方式。当建筑的储能性能较好的情况下，供暖系统当中的热能变化就会减少，从而节省成本降低能耗。当建筑材料其储能性能较差的情况下，供暖系统的变化就会更高，消耗的能耗也会随之增加，对环境的污染则会进一步加重。基于此，在建筑当中，结合相变储能系统能够降低能耗的损失。

2.4.2 在太阳能利用领域

当前世界各国都有在深入研究太阳能，当前主要利用的有太阳能制冷和太阳能发电等。但是由于太阳能的磁通密度不高，并且极为容易受到环境的影响，所以采用高效的能源存储技术是对太阳能利用的关键。因此当前在太阳能利用领域当中结合相变储能技术，可以实现更为高效的储能作用。

3 建筑维护工程用相变储能材料案例分析

我国北方地区气候极为寒冷，仅依靠普通的热能供暖方式，给北方的室内进行升温的情况下会导致能耗的大量损失。在当前对节能要求较高的情况下，则需要对这种简单的热能供暖方式进行调整。有效方式之一是对北方的建筑围护结构进行调整与优化。在北方的建设中，围护结构本身对保温性要求非常高。因此，在北方的围护结构当中，结合相变储能材料是当前的一种趋势。因为相变储能材料能够起到调节温度的作用，尤其是在北方冬季的情况下，能够起到保温的效果[4]。

3.1 相变材料性能要求

在北方的建筑围护结构当中结合相变储能材料，应充分发挥该材料的性能要达到调温、除热节约常规能源的作用。在我国北方的冬季对居住环境的温度，最为合理的应当要保持在20～25 ℃。基于此，对于相变储能材料的要求：

(1) 相变温度范围应当要在15～30 ℃之间；

(2) 相变储能材料要具备潜热大、储热效率高的特点；

(3) 相变储能材料的化学稳定性要达标且材料无毒无腐蚀，不会因为环境的原因而产生有害的物质，从而对人们的身体健康造成影响；

(4) 所采用的材料应当要符合经济效益最大化的原则，其价格要尽可能的低廉，但同时也要保证材料的性能，要符合要求。

根据相变储能材料的特点，在较低的温度下会出现放热的情况。而在维护结构当中，使用这种材料则能有效地降低室内室外的温差，保存热量，防止热量的流失。

3.2 相变储能材料的选择

相变储能材料的选择是否合理，将会决定着其应用的实际效果。根据北方气候的特点，在进行相变材料选择上可以采用红色珍珠岩颗粒相变材料，因为这种红色珍珠岩颗粒相变材料，其相变的峰值温度能够达到24 ℃，相变的范围能保持在19～28 ℃区域内，基本符合了在北方使用相变材料的性能要求。这种材料的升温阶段相变的过程时间总长不超过30 min，并且降温过程释放能量的时间远远大于30 min，这意味着红色珍珠岩颗粒相变储能材料能够在白天吸收与存储太阳能，夜间再缓慢地释放能量，提高室内温度，符合当前北方建筑工程当中对建筑的要求。

4 相变储能材料的发展趋势

相变储能材料具有非常大的价值，在未来的发展上会有更大的应用场景，根据当前材料的特点其发展趋势主要体现在：第一，在使用相变储能材料的时候，为了能够更加广泛的应用，材料成本将会越来越低；第二，针对不同的环境特点，有针对性地逐步开发出能够与之相对应的具有储能采暖性质的材料，从而更好地达到当前对节能的要求，有效地保护环境，降低建筑能耗的损失[5]。

5 结语

在当前提倡要节能环保的情况下，在建筑领域中需要使用节能建筑材料，从而起到节能的目的。因此，人们逐渐开始重视相变储能材料的应用，这种材料其具有较好的性能，能够自动吸收和存储热能并且进行释放。在我国北方较为寒冷的地区，可以充分结合这种相变储能材料应用到建筑围护结构中，有效发挥调温调湿的作用。相变储能材料应用场景较为广泛，不仅可以应用在墙体的建筑节能工程中，还可以应用到其他行业。