海卡相变材料应用VIP

1 2 引言 人类进入工业社会以来 传统能源正在以惊人的速度消耗 人类正面临着前所未有的能源危机 日益恶化的环境使人类意识到节约能源 寻找新能源 保护环境的重要性 因此 人们要研究和利用可再生能源 可再生能源中太阳能 风能 生物质能等都是传统能源的替代品 但是这些能源存在间歇性 波动性等缺点 为了解决这些问题 可利用相变储能材料的特性实现能量的时间空间转换 3 概论 4 相变储能材料 简称PCMs 是一种特殊功能的材料 其在等温或近似等温的情况下发生相变 并伴随着较大能量的吸收和释放 定义 5 相变储能材料的发展 目前文献中最早应用相变储能材料PCMs的实例是1945年美国波士顿郊区的一所建筑物 采用水合盐类制作的太阳能集热器成功使用了两年 国际上对于相变储能材料的研究始于上世纪70年代 研究对象是结晶水合盐 80年代到90年代 美国Dow化学公司科学家对除水和冰外近20000种相变材料进行研究 其中有500种可用于相变储能材料 只有200种天然或合成材料有实际应用价值 能同时具备环保 低价 用于民用的材料种类更加稀少 6 相变材料的研究现状 从20世纪90年代以来 对相变材料的开发 已逐步进入实用性阶段 相变材料研究主要分为两个方向 相变材料的筛选和改进 相变材料封装技术 7 一 相变材料的分类 从化学成分上分为无机相变材料 有机相变材料 复合有机相变材料 8 相变材料的筛选和改进 无机相变材料 主要包括结晶水合盐类 金属合金类 优点是熔化热大 热导率高 相变时体积变化小 缺点是具有腐蚀性 相变过程中存在过冷和相分离 有机相变材料 主要包括石蜡 羧酸 酯 多元醇和高分子聚合物等 优点是具有合适的相变温度 较高的相变焓 且无毒 无腐蚀性 缺点是其热导率较低 相变过程中传热性能差 近年来 国内外主要研究了石蜡烃 脂肪酸 多元醇类等有机相变材料 正烷烃的熔点接近人体舒适温度 其相变焓大 但正烷烃价格较高 且会在材料表面结霜 脂肪酸价格较低 相变焓小 单独使用时需要很大量才能达到调温效果 多元醇是具有固定相变温度和相变焓的固 固相变材料 但其价格高 9 相变材料的筛选和改进 复合有机相变材料 由于无机类或有机类相变材料存在的缺点 近年来 研制新型二元或多元复合复合相变材料已成为相变材料领域的全球研究热点 在我国 目前为止 各省市化工研究院 所 积极开展复合相变储能材料的研发 发表了近万篇的论文 申请的相关专利259个 10 相变储能材料的应用领域 PCMs在航空航天 日常生活等领域逐步开展起来 近年来研究热点主要集中在民用 比较典型的有几大类 11 太阳能领域将组合相变材料用于吸热其模型 能够减少工质温度的波动 提高吸热气的效率 纺织行业在纺织纤维中添加微胶囊相变材料可以提高服装的保温性能 用于维持服装内温度的稳定 建筑领域利用相变材料可以有效地推迟温度波动通过建筑物的传播 提高建筑物的热惯性 12 军事领域 将相变材料以涂料或遮障的像是用于军事目标上 通过改变 调节相变材料的组成 含量等 使其竟可能的吸收目标放出的热量 使军事目标的温度与周围环境温度相同 运输业 例如对药物 药品 生物液体 生物样本 人类器官的运输温度控制可以温控的集装箱等 13 海卡智能调温分子 14 海卡品牌 海卡是巨龙博方科学研究院开发生产的一种智能材料 海又称为海量 英文名称 sea 卡是能量单位 卡路里 由英文Calorie音译而来 简称卡 缩写为cal 海水的热容量对地球温度有着显著的调节作用 海卡意为 海量的调节温度 像海洋水一样合理调节平衡人们温度舒适度 15 海卡历史 北京巨龙博方科学研究院是我国较早开展相变储能材料研发的科研机构 上世纪80年代末便开始相关材料的科研工作 于90年代初提供原料及技术支持给当时的中国航天第一研究院 服务于我国的航天计划 智能调温分子这一重大科研成果的应用解决了太空舱及宇航服调温控温的难题 为神州五号及神州六号的顺利升空提供了有力保障 16 十一五期间 海卡智能调温分子技术作为国家一项重点推广项目 开展了国家基础建设及各个民用领域研发工作 17 海卡智能调温分子技术优势 随着技术水平的提高 海卡智能调温分子技术在工艺 结构方面日趋成熟 并始终处于国内国际相变储能材料研发的领先水平 主要表现在以下几方面 18 1 相变材料的选择符合生态要求 可持续发展 海卡智能调温分子化学和物理特性稳定 无毒害 无腐蚀性 2 制备技术先进 采用熔融挤出法 高聚合物包裹技术制备出定形相变微囊材料 相变焓值可根据应用领域随意控制 19 3 海卡智能调温分子膨胀收缩性小 但相变焓值可达到惊人的210j g 应用领域更加广泛 4 导热性好 相变速度快 相变可逆性好 5 原材料主要来自于植物 容易获得 成本较低 20 海卡最优配方得到的产品DSC图 海卡每公斤储存 201千焦耳热量 kj kg 海卡DSC图 21 技术原理及特点 智能调温分子具有一种特性 它能透过短波 太阳辐射热 不能透过长波 常温和低温物体表面辐射热 太阳辐射热只能被海卡智能调温分子吸收 外界低温时辐射热不会流失 形成相变贮能又称为潜热式贮能 其基本原理是利用纯物质或混合物发生相态变化或结构转变时要吸收 释放能量而进行贮 放能 作用原理 22 特点 1 贮能密度大 即可以用很小的体积贮存很多的能量 2 贮 放能过程是在恒温或近于恒温条件下进行3 贮 放能的速率具有可控性 23 海卡智能调温分子技术应用 海卡智能调温分子原材料来源于植物纤维 是一种环保的有机分子 它的产品特性决定了可以广泛应用到各个领域 在降低能源消耗 降低有害气体排放 提高人们质量 构建和谐社会等方面将会发挥巨大作用 24 交通运输 汽车篇 25 汽车早已成为人们日常生活中重要的交通工具 在夏季和冬季驾驶时都不可避免的开启车用空调 否则车内夏季高达70度的高温及冬季2度的低温将导致无法正常驾驶 驾驶时间愈长 汽车排放的有害气体愈多 对人们健康威胁愈大 智能调温分子在汽车上的应用将从根本上改变当前现状 26 研究表明 汽车玻璃是传导冷热源 导致汽车驾驶室温度变化的最主要原因 红外光是热源 无论你需不需要 它都大方地给你加热 在夏日阳光暴晒下的汽车表面温度一般可达60 70度 红外线会部分穿透玻璃 玻璃本身会反射部分光线 直入车厢内部加热 汽车前挡 侧窗 后挡都是它的入口 海卡智能调温分子可以附着在汽车玻璃表面 反射掉98 以上的红外光 经冲刷可长达10年之久 通过以下实验进一步说明 27 玻璃对比试验 透明度比较 相变玻璃 相变玻璃 28 玻璃对比实验 智能分子玻璃中空玻璃普通玻璃 29 能量玻璃对比实验台 30 试验方法 用同种热源 275W 220V 分别对同样初始温度 三种不同的玻璃进行同样程度的照射 光源与玻璃的垂直距离为130mm 定时用红外测温仪测定玻璃中心表面温度 将玻璃照射一定时间 20min 后 关闭热源 室温下 24 玻璃自然冷却 定时记录升温和降温过程中三种玻璃温度的变化 31 实验数据 32 液态智能分子玻璃对比 33 实验结果 实验证明 智能分子玻璃的温度变化速率最小 照射20min 三种玻璃的最高温度分别为68 1 86 5 117 6 34 智能调温分子玻璃温度变化小是利用了海卡在相变过程中吸收大量热量温度基本保持不变特性 实验结论 35 太阳能建筑是所有建筑师的梦想 海卡智能调温分子的应用 让老百姓窗户成为新型太阳能建筑集热系统成为可能 目前的太阳能建筑集热还都停留在太阳能热水器体系中 由于能效比低 占地面积大 成本高且在北方冬季无法使用 即便用于洗浴也需要用电能 或其他能源加热 达不到预期目标太阳能大容量贮存是我们研究重点 太阳能建筑集热系统是世界性难题 海卡智能调温分子让建筑师将太阳能和大自然引入建筑室内环境成为可能 真正意义上实现了太阳能与建筑一体化 海卡海卡智能调温分子属国际领先技术 应用 36 应用 门窗的能耗是建筑节能最薄弱环节 窗户热损失约占建筑墙体的41 玻璃幕墙热损失占建筑墙体的95 海卡智能调温分子储存器窗技术使建筑室内温度合理平衡 从根本上降低能耗 37 太阳能建筑防热御寒来自太阳能 房屋各种部件具有双重功能 窗户在普通房间是采光部件 在太阳房中兼有集热平衡温度作用 墙体 地面在太阳房中也同样兼有蓄热平衡温度作用 应用配套 38 应用配套 39 智能调温分子蓄热电加热地板 利用相变材料储存夜间廉价电热 白天放出给房间供暖 相变材料蓄热能力强 蓄放热过程近似等温过程 应用配套 40 特点 1 地板采暖主要利用地面辐射 人可同时感受到辐射和对流加热的双重效应 更加舒适 2 在大跨度空间中容易布置 运行管理简单 3 运行费用低于无蓄热电热供暖方式 在实行峰谷电价的地区 利用低谷廉价电运行 可大大降低电采暖的电费开支 并缓解电网峰谷差 4 相变过程中无泄漏 安全可靠 41 国外节能住宅的发展 英国政府1986年开始节能型住宅比传统住宅在能量消耗上的花销要减少75 美国的住宅几乎全部为三层以下 法律中有明确规定 若要盖三层以上的住宅 要经过非常繁杂的审批手续 由于住房是美国家庭的重要组成部分 而且又是采取分户供暖措施 所以房屋本身的节能水平是一个非常重要的指标 在美国 住宅的建造交工不需要政府验收 房屋承建商自检质量和节能验收很重要 房屋质量和节能指标主要依靠承建商对信誉的高度负责和重视来保障 42 效益分析 43 展望 44 纺织工业篇 45 海卡添加到植物原料提取的纤维中赋予所有纺织品智能温度调节功能 当环境温度高于生理零度 1 吸收热量 当环境温度低于生理零度时释放潜热 2 1 生理零度 就温度而言 使人既不感到热 又不觉得冷的温度称为 生理零度 生理零度是人感觉最舒适的温度 不同的人会有不同的生理零度 2 1757年 苏格兰化学家布莱克指出温度与热量的不同 发现 潜热 冰缓慢加热熔化时 温度不变 比如在冰熔解成水和水沸腾变成蒸汽的过程中 只吸收热量 温度并不升高的事实 解释热量守恒现象 科技发明价值 46 人是恒温动物 海卡调温纤维感知人体生理零度贴近人体皮肤温度舒适度 3 调节平衡温度 使我们的服装床品与人体皮肤微气候得到质的改善 3 人体皮肤温度比体温低5 左右 人体皮肤与服装微气候 32 3 湿度 52 15 温暖适宜 47 实验证明 海卡智能调温分子调节过程近于恒温 48 海卡智能调温粘胶纤维已经通过了中国纺织工业协会的国家科技成果鉴定 属于国内首创国际领先的创新性产品 国家 十一五 纺织行业急需推广技术 科研成果地位 49 1交通运输工业用纺织品 汽车 火车 飞机 船舶等内部装饰材料 2家饰家装纺织品 床品被褥 四件套 壁布 窗帘以及坐垫 靠枕 装修装饰壁布墙纸 3特种服装服饰 特种防护服 消防战斗服 防弹服内衬 运动服 商务服饰 美体健身衣 帽子 丝袜和运动袜等 4鞋类纺织品 冬季防寒鞋 夏季防汗鞋 面布 中底和衬里等 5生物医用纺织品 新生儿恒温睡袋 防护服 手术衣 海卡在纺织上的应用 50 海卡调温纤维开辟纺织材料新时代 对人们 特别是儿童 来说 炎热和寒冷不再可怕 享受四季 不再是空谈 海卡给人们的生活带来进步和享受 51 海卡正在改变我们的生活 婴儿睡袋 内衣 汽车座椅 空调被 52 农业生产篇 53 海卡在农业温室大棚的应用 温室的种类很多 根据不同的屋架材料 采光材料 外形及加温度条件等又可分为很多