1.在太陽能供暖系統上的應用
相變儲熱材料用于儲熱具有環保、高效、節能、安全等多項優勢,非常適合于太陽能供暖系統儲熱,以替代傳統的取暖設備。組合式相變儲熱單元換熱器為方形結構,主要由鋼板、折流板、高密度聚乙烯管組成。相變儲熱材料用石蠟封裝在管內,每根管內都留有5%~10%的空余空間,用來避免儲熱材料受熱膨脹將管脹裂,這種供暖系統在實際中已有應用。
2.在工業加熱過程的應用
在工業加熱設備的余熱利用系統中,傳統的儲熱器通常是采用耐火材料作為吸收余熱的儲熱材料,由于熱量的吸收僅僅是依靠耐火材料的顯熱容變化,這種儲熱室具有體積大、造價高、熱慣性大、輸出功率逐漸下降等缺點,在工業加熱領域難以普遍應用。
相變儲熱系統是一種可以替代傳統儲熱器的新型余熱利用系統,它主要利用物質在固/液兩態變化過程中潛熱的吸收和釋放來實現熱能的貯存和輸出,潛熱與顯熱容相比較不僅包含有更大的能量,而且潛熱的釋放是在恒定溫度下進行。
與常規的儲熱室相比,相變儲熱系統體積可以減少30%~50%;因此,利用相變儲熱系統替代傳統的儲熱器,不僅可以克服原有蓄熱器的缺點,使加熱系統在采用節能設備后仍能穩定地運行,而且有利于余熱利用技術在工業加熱過程的廣泛應用。
3.在紡織行業中的應用
在服裝中加入相變材料可以增強服裝的保暖功能,甚至使其具有智能化的內部溫度調節功能。根據使用要求可以生產具有不同的相變溫度的產品,如用于嚴寒氣候的41級纖維的相變溫度在18.3~29.4℃,用于運動服裝的43級纖維的相變溫度在32.2~43.3℃。
相變儲能纖維的智能調溫機理是:當人體處于劇烈活動階段會產生較多的熱量,利用相變材料將這些熱量儲藏起來,當人體處于靜止時期,相變材料儲藏的熱量又會緩慢地釋放出來,用于維持服裝內的溫度恒定。
4.在建筑領域的應用
建筑圍護結構的相變墻體,是由適宜的相變材料與建材基體復合而成。這種墻體可充分利用夜間低價電蓄熱,供次日白天作輔助熱源,降低采暖系統的投資與能耗,改善室內環境。相變墻體的研制,選擇合適的相變材料至關重要。
因此,人們往往先考慮有合適的相變溫度和有較大相變潛熱的相變材料,而后再考慮各種影響研究和應用的綜合性因素。
近年來,國際上出現了一類新型相變材料即定形相變儲熱材料。這類材料的出現,使建筑行業中利用墻體儲熱成為可能。這類相變材料在相變前后均能維持原來的形狀(固態),它對容器要求很低,大大降低了相變儲熱系統的成本;而且某些性能優異的定形相變材料可以與傳熱介質直接接觸,使換熱效率得到很大提高。
對相變材料的未來展望
傳統的相變材料主要通過固—液相變材料進行儲能和釋能。目前,具有特殊功能的相變材料是研究開發的熱點,如固—固相變材料,或者應用物理或化學的方法使固—液相變材料轉變為具有固—固相變材料特性的材料等。
隨著納米材料和納米技術的發展,研究人員也有利用插層法在層狀硅酸鹽中插入有機相變材料制備出有機/無機納米復合相變材料。有的利用溶膠—凝膠法采用二氧化硅作母材,有機酸作相變材料,合成三維網狀納米復合材料,具有良好的儲熱能力。將納米技術與復合相變蓄熱材料結合,制備新型、高效的納米復合材料蓄能相變材料,對提高能源利用效率、保護環境具有十分重要的現實意義。
目前,關于相變材料的研究和應用還有很多工作要做,它們的分子結晶態及能量的轉變過程機理還有待進一步探明,其熱性能、機械性能、化學穩定性也有待進一步提高。
但是,由于其相變過程獨有的優點,可以預見,固—固相變材料在建筑節能領域將是很有應用前途的一類相變材料,相變墻體的出現將對儲能材料的建筑節能有很大的推動作用,使居民住房逐漸走向綠色環保化。同時由于礦物具有天然多孔性能,固—固相變儲熱材料也將和礦物有更緊密的結合。
相變儲能材料今后研究的方向主要有:
①研制出系列相變溫度范圍的固—固相變材料;
②如何改善相變材料的導熱性能和相變速率;
③如何根據相變機理提高其相變焓,研制出高能量密度的相變材料;
④掌握相變材料之間的復合原則,以及如何復合來提高材料的性能以彌補不足;
⑤開發多功能相變材料,如導電相變材料、可微波加熱的相變材料、防水相變材料、可殺菌防蟲蛀的相變材料、形狀記憶相變材料等;
⑥降低成本,實現工業化。
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