浅谈相变储能技术及其与绿色建筑的关系

张亮

摘要：本文介绍了相变储能技术及其在建筑等领域中的应用，并从相变材料在建筑各部分，供暖及空调设备里的应用情况进行了归纳介绍，又举了自己做的一个建筑设计实例进行说明，最后在此基础上总结了相变储能技术对绿色建筑的重大意义及其研究发展的方向。

关键词：相变技术 相变材料 建筑节能

1 前言

在我国建筑领域，绿色建筑评估体系已经建立，“四节一环保”的理念已深入人心。随着全球能源危机的日趋严重，如何有效的利用及节约能源成为人们追求目标和研究热点。在建筑中利用相变材料的蓄热技术相应而生。相变材料的蓄热技术就是利用某些材料状态发生变化时能量的变化来实现能量储存与释放，基本上可以解决能量的需求者和供给者两方在地点和时间上的不满足问题，是一种合理充分利用不可再生化石原料的有效方式。

2 相变蓄热技术的应用

现阶段相变储能技术的应用主要有三个方面：①太阳能热发电、利用太阳能热来发电的技术最重要的就是蓄热技术，把白天里太阳能的热量收集起来放到储能材料里用于发电，可以实现能量缓冲存储，在夜间和没有阳光的情况下也可以利用储存的热量发电，提高了太阳能的利用和使用效率。②移动蓄热技术；移动蓄热技术，就是把一些企业多余的能量与能量的需求者，用运输能量车来转移热量。例如炼钢厂废弃的炉渣废热在一定温度时把能量存储到相变材料中去，然后用移动供热车把热能运送到几公里以外的办公楼，或者温室大棚作为热能使用，这样做的经济性能就非常可观。③冰蓄冷技术；现代社会空调从奢侈品成了每家每户的必需品，这就使得我国的电力负荷昼夜峰谷差值不断增加，国家也出台了昼夜不同电价的政策。冰蓄冷技术就是利用晚上价格比较低的电能，把水冷冻成冰来储存冷的能量，在白天电力负荷比较高时，把储存的冷能量释放到空调系统中去，以达到室内制冷的效果。

3 建筑节能方面的应用--以围护结构为例

3.1相变储能材料在围护结构的应用

在绿色建筑方面，储能技术更是有着非常广阔的应用及应用前景。如果把相变材料加工成成建筑围护构件，就可以提整个高房间的热稳定性，从而减小室内温度变化幅度，明显的降低冬季采暖和夏季制冷能量消耗。把相变材料添加到现有的材料中，制成的建筑构件，就可以使构件具有很好的蓄热性能。a.相变储能墙体材料相变储能墙体就是利用室内外温度的变化，来影响相变材料的相态变化，从而实现能量的存储与释放，间接地来自动的调节房间内的温度。b.相变储能材料采暖地板把相变储能材料做成储能地板，地板的热惰性就会提高，其效果和优点与相变材料做成的墙体一致。

3.2相变储能材料在绿色建筑中的应用案例

在《新技术建筑设计》的课程，任乃鑫老师指导我们做了节能住宅设计。这个个案例可以说明相变储能技术如何在绿色建筑体系中发挥决定性作用的。本方案是一个六十平的节能小住宅，位置在东北地区，要求运用新型节能技术。我的节能住宅运用了单晶硅发电、太阳能集热、风能发电、太阳能热辐射采暖地板、太阳能烟囱、秸秆砖墙体以及相变储能技术。外维护结构采用金属骨架加秸秆砖，传热系数非常低，再加上室内的对太阳能的搜集与储存技术，使房间冬季基本不用采暖，达到了零能耗。由上图可以看到：

夏季在太阳的照射下阳光房的空气被加热，向上流动，通过屋顶的隔层被到室外。同时由于气体的流动使室外的低温气体进入室内，并且经过地下的储能材料把温度降低，使低温气体进入室内，调节了房间的热舒适度。

冬季在太阳的照射下阳光房的空气被加热，向上流动，通过屋顶的隔层进入太阳能烟囱，在适当动力的驱动下进入能量储存室保存到相变材料里。太阳能集热器里的热水一部分流过地板对室内进行加热，一部分流入到储存室的相变材料里，热量被储存起来，在晚上为房间供热。在设计完成后我用软件对建筑进行了能耗模拟，其各项指标均符合相关要求，为绿色节能建筑。模拟結果如下图：

4 结论：

由上面的关系图我们可以看到能量的储存，在整个建筑的能量体系里占据着非常重要的位置，甚至是决定性的位置。储能材料就相当于能量电池，它把白天收集积攒起来的太阳能储存起来，在用户需要使用的时候把能量供应出来，有效的解决了能量的需求者和供给者时间和强度上的不相满族的问题。所以相变储能技术也可以说是绿色建筑能量体系的核心，也就是绿色建筑中最关键的技术。 但问题是相变储能技术及材料的研究多数还处于初始研究阶段，存在着许多需要我们来解决的问题。如固液相互变换的换热设备还没有研究出成果，相变建筑材料的造价过高等问题。但随着对绿色建筑相变储能技术的深入研究及新型相变材料的不断开发研究，相变储能技术及材料必将在绿色建筑领域发挥更加重要的作用，做出更大的贡献。

参考文献：

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