摘要：相變儲能技術已成為可再生能源利用領域的研究熱點，將相變材料與建筑圍護結構相結合能有效的儲存和利用太陽能，對實現建筑節能和環境保護都具有十分重要的意義。基于國內外學者在相變材料應用于建筑被動式儲能系統中的研究，文章歸納了相變材料的不同定型封裝方法及其優缺點，分析了影響相變材料儲放熱性能的因素，討論了相變材料應用于建筑圍護結構中的設計規則，并對不同定型封裝形式的研究方向進行了展望，期望對日后的相關工作提供幫助。

　　關鍵詞：相變材料，復合材料，圍護結構，定型封裝，建筑節能

　　能源被視為人類賴以生存和發展的基礎，在過去幾十年里，總能源消耗不斷上升。據統計，我國建筑能耗約占社會總能耗的21.10%[1]，其中用于室內環境控制（供暖、制冷）所產生的能耗約占建筑能耗總量的一半以上，并且隨著人們對室內環境舒適度的要求逐步提高，該比例也將持續增長。因此，實現建筑節能對經濟社會發展和環境保護都具有十分重要的意義。

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　　1建筑領域相變材料應用概述

　　目前，用于建筑節能領域的相變材料主要是固-液相變材料，根據其化學成分可分為無機相變材料[2]、有機相變材料[3]和多元復合相變材料[4]。無機相變材料中應用最廣泛的是水合鹽類材料，其具有相變溫度適中、相變潛熱高、便宜易得等優點，但由于具有一定的過冷與相分離問題，以及對建筑材料具有腐蝕性或有吸潮性而大大減小了其應用范圍。有機相變材料具有儲能密度高、腐蝕性小、性能穩定，無相分離和過冷等優點，是儲能性能穩定的環境友好型材料，成為目前蓄能技術領域的主流材料之一[5]，但是還存在著導熱系數低、易燃等問題有待解決。多元復合相變材料為兩種或兩種以上有機或無機材料的組合，其最大優勢在于可以調整各部分的質量分數來改變混合物的相變溫度、相變潛熱等熱物性參數，克服單一相變材料的自身缺陷，從而擴寬相變材料的應用范圍，滿足不同的實際工程應用需求，因此成為當前研究的熱點。

　　2相變材料定型封裝方法

　　2.1直接混合法

　　直接混合法是指將水泥、石膏、砂漿、混凝土等傳統建筑材料與相變材料直接進行拌合或者將成型的建筑構件浸漬在液態相變材料中制備而成。這種方法工藝簡便，經濟成本較低，易于做成不同形狀大小的部件，是將相變材料與建筑材料結合方式中最簡單易行的一種方式。早在20世紀90年代，已有國外學者對PCM摻入到建筑材料的應用性能做出了研究，制備出了相變儲能石膏板[8]，其蓄熱及散熱能力比普通石膏板增加了10倍，可有效提高建筑圍護結構的熱性能，延緩室內溫度波動[9]。

　　2.2宏封裝法

　　宏封裝法是將PCM封裝到由金屬、混凝土、聚合物塑料等構成的形狀穩定的容器中，再加以利用的一種封裝方式。宏封裝外殼一般具有較強的機械穩定性，將建筑材料與相變材料以安全有效的方式分隔開來，能夠有效的解決其泄露問題。宏封裝形式多樣，應用較為靈活，結合具體的應用場景，可對封裝材料、封裝尺寸、相變材料種類等進行調整以滿足不同使用需求。不同的宏封裝形式相繼被研究人員所開發，如表1所示，目前主要的封裝形式有板形封裝、球形封裝、管形封裝及塊狀封裝等。

　　3設計與應用研究

　　目前眾多研究人員已經針對不同因素對于相變材料的儲放熱性能及節能潛力的影響展開了實驗以及數值模擬研究，然而通常需要對問題進行簡化，如假定的室外環境條件過于理想，很少使用完整的氣象信息（太陽輻射，外部溫度和風速等）作為輸入，以及忽略實際情況下室內人員、設備等所產生的熱負荷等。往往這些因素之間的相關性和反相關性可能會嚴重影響結果，導致研究所得出相變材料的最優設計參數值僅適用于某個地域或者某種特定的圍護結構類型。但總的來說，將相變材料應用于建筑圍護結構時通常需要考慮相變材料熱物性與氣候環境的匹配，以及應用方式的最優化設計兩個方面。

　　3.1相變材料熱物性與氣候環境的匹配

　　相變材料在建筑圍護結構中的應用性能受到多方面因素的影響，其中，相變材料的熱物性，特別是相變潛熱和相變溫度對于材料的儲放熱效果有著重要的影響，導致對室內溫差變化的程度也不同。Ye等[64]發現建筑物朝向以及氣候區域的變化會影響相變材料的相變過程，從而對室內溫度產生一定的影響。在不同氣候區，相變材料的最佳相變溫度隨室外太陽平均氣溫的升高而增加[65]。Zhong等[66]研究了填充有石蠟的中空玻璃在南京的應用效果，結果表明通過增大相變材料的潛熱值以及減小液相和固相之間的溫差可以改善相變窗的熱性能，但是相變溫度的選定需與環境溫度相匹配，過高或者過低相變溫度容易導致內表面溫度波動增大，不利于提高相變窗的隔熱。因此，選用合適的相變熱物性能夠使相變材料的性能發揮出最大效益。

　　3.2應用方式的最優化設計

　　相變材料應用方式的設計主要包括對相變材料的封裝形式、摻入比例、分布位置等的設計。相變材料封裝形式的選擇需要結合應用場景及圍護結構的類型，在保證對圍護結構的力學性能影響最小的條件下進行。

　　4結語

　　相變材料在建筑節能領域具有廣闊的應用前景，但截至目前還沒有公認成型的設計規范可供參考，因而在未來還需加強以下幾個方面的研究：

　　（1）針對宏封裝，可進一步研究相變材料在宏封裝中的熱傳遞問題，優化封裝結構，如對復雜不規則封裝形狀等因素對于相變材料儲放熱性能的影響進行實驗及模擬探究，提高相變材料的利用率。

　　（2）針對多孔材料吸附封裝，尋求孔隙率高且化學性質穩定的新型多孔吸附材料，提高其熱穩定性和耐用性，優化二次封裝材料的密封性和導熱性，延長其使用壽命并達到無泄漏。

　　參考文獻

　　[1]建筑節能協會能耗統計專委會.2019建筑能耗研究報告[J].建筑,2020(7):30-39.

　　[2]房滿庭,章學來,紀珺,等.水合鹽復合相變材料的研究進展[J].儲能科學與技術,2019,8(4):709-717.

　　[3]MagendranSS,KhanFSA,MubarakNM,etal.Synthesisoforganicphasechangematerials(PCM)forenergystorageapplications:Areview[J]

　　伏舜宇1,2楊英英1,2武衛東1,2