相变材料范文

相变材料范文相变材料范文 相变材料 PCM Phase ChangeMaterial 是指随温度变化而改变物质状态并能提供潜热的物 质 转变物理性质的过程称为相变过程 这时相变材料将吸收或释放大 量的潜热 这种材料一旦在人类生活被广泛应用 将成为节能环保的最佳绿色 环保载体 在我国已经列为国家级研发利用序列 概述相变材料可分为有机 Organic 和无机 Inorganic 相变材料 亦可分为水合盐 Hydrated Salts 相变材料和蜡质 Paraffin Wax 相变材料 我们最常见的相变材料非水莫属了 当温度低至0 C时 水由液态 变为固态 结冰 当温度高于0 C时水由固态变为液态 溶解 在结冰过程中吸入并储存了大量的冷能量 而在溶解过程中吸收大 量的热能量 冰的数量 体积 越大 溶解过程需要的时间越长 这是相变材料的一个最典型的例子 从以上的例子可看出 相变材料实际上可作为能量存储器 这种特性在节能 温度控制等领域有着极大的意义 因此 相变材料及其应用成为广泛的研究课题 有机相变材料和无机相变材料的最大区别在于运用到建筑材料等方 面耐久性和防火性的差异 后者多优于前者 蓄热机理与特点相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的 能力 以固 液相变为例 在加热到熔化温度时 就产生从固态到液态的 相变 熔化的过程中 相变材料吸收并储存大量的潜热 当相变材 料冷却时 储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去 进 行从液态到固态的逆相变 在这两种相变过程中 所储存或释放的能量称为相变潜热 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 形成一个宽的温度平台 虽然温度不变 但吸收或释放的潜热却 相当大 相变材料的分类相变材料主要包括无机PCM 有机PCM和复合PCM三类 其中 无机类PCM主要有结晶水合盐类 熔融盐类 金属或合金类等 有机类PCM主要包括石蜡 醋酸和其他有机物 复合相变储热材料 的应运而生 它既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料 存在的缺点 又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围 因此 研制复合相变储热材料已成为储热材料领域的热点研究课题 但是混合相变材料也可能会带来相变潜热下降 或在长期的相变过 程中容易变性等缺点 什么是相变物质从一种相转变为另一种相的过程 物质系统中物理 化学性质完全相同 与其他部分具有明显分界面 的均匀部分称为相 与固 液 气三态对应 物质有固相 液相 气相 一级相变在发生相变时 有体积的变化同时有热量的吸收或释放 这类相变即称为 一级相变 例如 在1个大气压0 的情况下 1千克质量的冰转变成同温度的水 要吸收79 6千卡的热量 与此同时体积亦收缩 所以 冰与水之间的转换属一级相变 二级相变在发生相变时 体积不变化的情况下 也不伴随热量的吸 收和释放 只是热容量 热膨胀系数和等温压缩系数等的物理量发 生变化 这一类变化称为二级相变 正常液态氦 氦 与超流氦 氦 之间的转变 正常导体与超 导体之间的转变 顺磁体与铁磁体之间的转变 合金的有序态与无 序态之间的转变等都是典型的二级相变的例子 广泛应用航天由于外太空温度属于极寒或极热环境 对宇航员 航 天器的保护要求非常严格 普通材料无法适应恶劣条件 因此 需 要特殊材料进行保护 美国和前苏联科学家首先研制出相变材料 使得宇航员的服装 返 回舱外壳等得以应用 该技术一直处于垄断地位 我国进入21世纪以来 经过科学家的不断努力 已经克服了关键技 术部分 开始进行实际运用 建筑相变材料引用到建筑 是建筑领域革命性发展 主要作用结果是节能 可以达到节能60 99 以北方采暖为例 使用相变材料 按照100平米的房屋为测量单位计 算 一个采暖季的用电量只有10度左右 服装在服装领域 使用相变材料 将相变材料植入纤维中 可以极 大的改变人们的生活质量 不使用任何能源 可以让普通衣服变成 微空调 制冷设备传统制冷设备 如空调 冷藏车 冷库 均是采取压缩机 制冷技术进行制冷 不仅耗电 而且不环保 采用相变技术 可以替代压缩机进行制冷 节能60 以上 军事一旦装备部队 将是相变材料一重大贡献 军车 军人服装 舰船 飞机 坦克 潜艇等军事各个方面 均是 相变材料运用的重要领域 可以极大的提高战斗力和防护持久能力 通讯 电力在通讯 电力等设备箱 间 降温方面 相变材料可以 节省设备成本75 以上 在通讯领域 已经广泛应用于通讯基站的机房 电池组间 使传统 的一年寿命的设备可以延长到4年或更多 运用范例相变材料恒温UPS机箱1 介绍不间断电源 UPS 作为一种 可靠的电源供给系统被广泛应用于各行各业如通信 铁路和油田等 在很多情况下UPS与用电设备一起被安装在野外 受环境的影响很大 而UPS中蓄电池的充放电产生的高温和环境温度升高都会影响其寿命 在常温25 时 温度每上升10 电池的寿命将缩短一半 使用空调给UPS降温的运行和维护成本甚至比更换电池的成本还高 大部分安装UPS的野外机箱或设备箱的箱内温度控制是通过箱体的隔 热材料并利用空气对流来实现的 这种控制温度方式存在两个很大 的缺陷 一 当箱外的环境温度升高时 箱内的UPS或其它设备运行都产生热 量 自身的热再加上环境的热 就非常容易产生高温 二 箱体使用了隔热材料 是为减少受箱外的温度的影响 亦正因 为这样 内部的热无法及时散去而会慢慢积累 最终导致温度上升 这些箱体都是长年放置于野外使用的 往往因为长期高温工作 因而影响了箱内的UPS和各种设备或电子元件的性能 使正常的使用 寿命缩短 增加了经营成本 特别是在边远地区或温室效应大的区域 以上的问题仍然没有较好 的解决方法 所能做得只是频繁地更换电池和各种设备 2解决方案为了解决野外UPS机箱 设备箱或信号箱的温度控制难题 研发者提供了一种特殊的相变材料能量存储热交换的方案 已知许多物质在特定温度下会改变形态 这类物质称为相变材料 P hase ChangeMaterial PCM 相变材料在改变形态时会吸收或释放能量 称之为潜热 本方案利用相变材料在发生相变时吸收潜热的特性 在UPS机箱 设 备箱 信号箱等内填装一定数量的相变材料 并使用进风 排风扇和 相应的箱内外温度监控装置而达致温度控制的效果 当监测到箱体 外环境温度低于相变温度及箱体内的温度高于设备指定温度时 通 风控制系统的装置会将箱外的空气输入箱内 一方面为箱体制冷 另一方面将能量储存在相变材料中 当监测到箱体外环境温度高于 相变温度或箱体内的温度低于某一指定温度时 通风控制系统会停 止工作 释放已存储的冷能量 达到制冷的目的 在这过程中只消耗少许的电能 风扇耗电 但可以很好地解决野 外UPS机箱的温度控制难题 本方案所采用32 C的相变材料 具有潜热大和稳定性高的特点 使 用周期可长达二十年以上 相变材料被嵌入特制的铝合金散热器中 散热器的一部在机箱内部 吸收机箱内UPS和设备产生的热量 另一部在机箱上部通过风扇和环境进行热交换 温度控制系统的工作由监控装置控制 其监测的目的是维持箱内的 温度于某一特定的温度 此温度有利于箱中的UPS电池和电子部件的 寿命得以延长 恒定温度的选择要保证在夏天机箱外的温度非常高 的时候也不会影响内部部件的寿命 增加经营成本 一个典型的温度控制过程如下当监测到箱内的温度高于40 及箱外 温度低于30 时 进风风扇及排风风扇会即刻起动 为相变材料提 供能量的交换 相变材料散热器吸收机箱内的热量和外部环境进行 能量交换 达至温度控制的效果 当监测到箱内的温度低于37 或 箱外的温度高于32 时 进风风扇及排风风扇会停止工作 利用相 变材料已存储的能量进行交换 达至温度控制的效果 实际应用测试效果对安装了相变材料的UPS机箱的温度进行测试测试 条件与环境采用29 C相变材料 机箱外温度40 C 相变材料重量 为50公斤 建筑材料简述相变储能建筑材料兼备普通建材和相变材料两者的优 点 能够吸收和释放适量的热能 能够和其他传统建筑材料同时使 用 不需要特殊的知识和技能来安装使用蓄热建筑材料 能够用标 准生产设备生产 在经济效益上具有竞争性 建筑运用相变储能建筑材料应用于建材的研究始于1982年 由美国 能源部太阳能公司发起 20世纪90年代以PCM处理建筑材料 如石膏板 墙板与混凝土构件等 的技术发展起来了 随后 PCM在混凝土试块 石膏墙板等建筑材料中的研究和应用一直 方兴未艾 1999年 国外又研制成功一种新型建筑材料 固液共晶相变材料 在墙板或轻型混凝土预制板中浇注这种相变材料 可以保持室内温 度适宜 另欧美有多家公司利用PCM生产销售室外通讯接线设备和电力变压设 备的专用小屋 可在冬夏天均保持在适宜的工作温度 此外 含有PCM的沥青地面或水泥路面 可以防止道路 桥梁 飞机 跑道等在冬季深夜结冰 材料选择应具备的特点用于建筑围护结构的相变建筑材料的研制 选择合适的相变材料至关重要 应具有以下几个特点 1 熔化潜热高 使其在相变中能贮藏或放出较多的热量 2 相变过程可逆性好 膨胀收缩性小 过冷或过热现象少 3 有合适的相变温度 能满足需要控制的特定温度 4 导热系数大 密度大 比热容大 5 相变材料无毒 无腐蚀性 成本低 制造方便 在实际研制过程中 要找到满足这些理想条件的相变材料非常困难 因此 人们往往先考虑有合适的相变温度和有较大相变潜热的相变 材料 而后再考虑各种影响研究和应用的综合性因素 存在问题研究现存的问题主要在相变储能建筑材料耐久性以及经济 性方面 耐久性主要体现在三个方面相变材料在循环过程中热物理性质的退 化问题 相变材料易从基体的泄漏问题 相变材料对基体材料的作 用问题 经济性主要体现在如果要最大化解决上述问题 将导致单位热能储 存费用的上升 必将失去与其他储热法或普通建材竞争的优势 相变储能建筑材料经过20多年的发展 其智能化功能性的特点勿容 置疑 随着人们对建筑节能的日益重视 环境保护意识的逐步增强 相变 储能建筑材料必将在今后的建材领域大有用武之地 也会逐渐被人 们所认知 具有非常广阔的应用前景 新材料列表1654 86 0癸酸癸酯Decanoicacid decyl ester95 42231 50 5癸酸十二酯Decanoicacid dodecyl ester95 41927 69 9癸酸十四酯Decanoicacid tetradecyl ester95 29710 34 7癸酸十六酯Decanoicacid hexadecyl ester95 34689 06 0癸酸十八酯Decanoicacid octadecyl ester95 36528 28 6十二酸癸酯Dodecanoicacid decyl ester95 13945 76 1十二酸十二酯Dodecanoicacid dodecyl ester95 22412 97 1十二酸十四酯Dodecanoicacid tetradecyl ester95 20834 06 4十二酸十六酯Dodecanoicacid hexadecyl ester95 3234 84 2十二酸十八酯Dodecanoicacid octadecyl ester95 41927 71 3十四酸癸酯Tetradecanoicacid decyl ester95 2040 64 4十四酸十二酯Tetradecanoicacid dodecyl ester95 3234 85 3十四酸十四酯Tetradecanoicacid tetradecyl ester95 2599 01 1十四酸十六酯Tetradecanoicacid hexadecyl ester95 3234 81 9十四酸十八酯Tetradecanoicacid octadecyl ester95 42232 27 9十六酸癸酯Hexadecanoicacid decyl ester95 42232 29 1十六酸十二酯Hexadecanoicacid dodecyl ester95 4536 26 9十六酸十四酯Hexadecanoicacid tetradecyl ester95 540 10 3十六酸十六酯Hexadecanoicacid hexadecyl ester95 2598 99 4十六酸十八酯Hexadecanoicacidd oc