相变材料及其在温室中的应用

相变材料及其在温室中的应用概述，2011-11-30，近年来全球能源危机加剧，提高能源使用效率和开发可再生能源成为当前人们面临的重要课题。 相变蓄热材料作为高效贮藏材料，在设施园艺中应用于塑料大棚的温度控制，其发展前景十分广阔。 首先，相变材料(PCM ) :指能够根据温度变化改变形态，提供潜热的物质。 蓄热原理：相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。 当环境温度达到熔化温度时，会发生固体到液体的相变，在此熔化过程中相变材料吸收并储存大量潜热，相反，当环境温度低于凝固温度时，储存的热量会在一定的温度范围内释放到环境中，同时会发生液体到固体的反相变。 在这两个相变过程中，相变吸收或释放的潜热相当大，但过程中其材料本身的温度几乎没有变化，产生了广泛的温度平台。 以冰水相转变的过程为例，比较相转变材料在相转变时吸收的潜热和在通常的加热条件下吸收的热量，冰融化时吸收335J/g的潜热，水进一步加热时水进一步加热的温度每上升1只吸收约4J/g的能量。 因此，从冰向水的相变过程中吸收的潜热，比相变温度范围外的加热过程的热吸收大致高80倍以上。 (什么)， (1)相变材料，1 )对温室相变蓄热材料的要求： PCMs的相变温度必须是适合植物生长的温度，潜热值大，体积膨胀率小的PCMs不能从容器泄漏到外部，长期循环不会变质，可以在与建材兼容的一定温度下熔化和固化， 不发生过冷却和相分离现象，具有化学稳定性和低分解性，不腐蚀，无毒性，不燃烧，不爆炸，经济性好。 2、相变材料分类，相变材料以相变形式分为液-气、固-气、液-液、固-液、固-固5种，固-气或液-气变化材料相变时体积变化过大，难以实际应用，只有固-液、固-固固有的应用价值。 美国Dow化学公司测试了约2万种相变材料，发现只有1%的相变材料可以进一步研究。 适合温室蓄热的相变材料更少。 根据相变材料的科学特性，相变蓄热材料一般分为无机水合盐相变材料、有机相变蓄热材料和复合相变蓄热材料。 2.1常见的无机水合盐相变材料，CaCl26H2O和Na2SO410H2OCaCl26H2O和Na2SO410H2O是温室蓄热最常用的无机水合盐材料，具有潜热大、热传导率高、相变时体积变化小等优点。 CaCl26H2O的相变温度约为2629，熔解热为190kJ/kg，不易分解，价格低，易得，安全无毒。 CaCl26H2O具有严重的过冷问题(过冷度达20)和对湿度的敏感性，不利于应用。 与CaCl26H2O相似，Na2SO410H2O也价格便宜，具有高蓄热密度和融解温度等优点，适合温室蓄热。 缺点是相变过程中存在相分离现象。 CaCl26H2O、Na2SO410H2O、2.2有机相变蓄热材料、有机相变蓄热材料主要含有高分子系相变材料、脂肪酸、醇类相变材料. 石蜡是作为相变蓄热材料的工业级石蜡是许多烃的混合体，相变温度可调，温度范围宽，熔点从2367不同，是有机蓄热材料中最宽的相变材料。 石蜡相变潜热高，几乎无过冷现象，自核、熔融时蒸汽压力低，不易发生化学反应，化学稳定性高，无相分离和腐蚀性(可用金属容器封闭)。 它与支撑材料形成定形变化材料，在围栏结构中的应用也具有广阔的前景。 石蜡的缺点主要是导热系数低，可能渗出。 聚乙二醇(PEG )聚乙二醇是具有HO(CH2-CH2-O)nH结构的高分子物质，其链结构简单结晶化，熔点为2025，潜热值约为150kJ/kg。固体成型好，不易发生相分离或过冷现象，腐蚀性小，理化性质稳定，加工成型容易，热传导率高，熔解热高，易溶于水等特点。 将不同聚合度的n值聚乙二醇以不同比例混合，可以得到相变温度不同范围宽的混合蓄热材料，适应温度不同的对象。 这不仅对温室的生产应用具有良好的适应性，而且为混合相变材料的开发提供了新的途径。 脂肪酸脂肪酸中常用作相变贮藏材料的有18酸(硬脂酸)、16酸(棕榈酸)、14酸(肉豆蔻酸)、12酸(月桂酸) 4种。 Sair等人对脂肪酸进行了热稳定性鉴定，对脂肪酸进行了不同次数的循环和加速循环测试，利用DSC测定了其相变温度和相变焓。 其结果，经过120、560、850、1200次循环后，相变温度的变化范围为0.077187，相变焓的变化为-1.0%-27.7% . 综上所述，脂肪酸热稳定性优异，适合作为相变储藏材料。 但是，随着循环次数的增加，相变焓的降低是不规则的。 (2.3复合相变蓄热材料，现阶段的纳米复合相变材料主要包括将有机相变材料和无机物纳米尺度复合，在有机基体上分散无机纳米微粒和在纳米材料中添加有机物。 充分结合有机相变材料与无机纳米材料的物理、化学优点，利用无机物具有较高的热传导率来提高相变材料的热传导性能，利用纳米材料具有巨大的比表面积和界面效应，防止有机相变材料在发生相变时从无机物的三维纳米网络中析出， 解决了有机相变材料在高温升华、挥发和直接应用时存在的泄漏问题，纳米相变材料具有较高的导热性和稳定性. 纳米材料也是显热相变材料，纳米复合相变材料构成了显热/潜热复合相变材料，进一步提高了材料的相变蓄热密度。 (2)相变材料在温室中的应用，1、相变材料的复盖方法浸渍法：直接将建筑材料制品浸泡在相变材料中，使相变材料直接吸附在建筑材料制品的孔中。 混合法：将相变材料和载体充分混合后，经一定处理加入建筑材料中。 高分子交联吸收法：对聚烯烃类高分子(聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚苯乙烯、氯乙烯、烯烃聚合物等)进行交联处理，使其被高温熔融的相变材料吸收，制造相变温控单元。 微胶囊法：包复技术的研究热点是将相变材料用某些无机化合物或高分子化合物用物理或化学方法封装，制成粒径不同的粒子。 2、应用例，(1)PCMs与建筑材料混合或涂布，渗透后的壁表面(文献1 )、(2)PCMs封装后，放入空心砖、中空壁板等预成形件中(参照文献2 ) . 石膏砌块，空心砌块，相变储罐，谢谢，储热材料以储藏方式大致分为显热储藏，化学反应储藏和潜热储藏三大类。 显热贮藏是由于物质的温度变化而贮藏热能，蓄热介质必须有很大的比热。 液体物质是以水为代表的显热储藏系统中经常使用的蓄热介质。 由于自身特性，装置大型化，其应用范围受到限制。 化学反应贮藏是利用可逆化学反应的反应热进行贮藏，离实用还很远。 潜热储存具有利用相变材料相变时的吸热或发热进行储存、释放、与显热储存相比储存密度高、温度控制恒定、节能效果显着、相变温度选择范围广等优点，是目前研究的热点。“过冷却”现象：物质凝结成“凝结点”时不结晶，达到“凝结点”以下的一定温度时必须开始结晶，相变温度变动，实际影响性能相分离现象：多次相变过程中发生盐水分离，一部分盐类不溶于结晶水而沉入底部，不能与结晶水结合，形成层化现象解决办法是什么？ “过冷却”现象与材料性质、冷却速度以及杂质的种类和含量有关，为了防止过冷却现象，选择过冷却倾向小、熔点比相变材料稍高、组