摘要：相變儲(chǔ)熱技術(shù)在現(xiàn)有的儲(chǔ)熱技術(shù)中優(yōu)勢(shì)明顯，可應(yīng)用領(lǐng)域較多，本文將從技術(shù)原理、分類、常用的儲(chǔ)熱材料、市場(chǎng)空間和應(yīng)用領(lǐng)域等方面來闡述相變儲(chǔ)熱技術(shù)的發(fā)展。

我國(guó)是能源消耗大國(guó)，能源浪費(fèi)的情況愈加嚴(yán)重，能源的科學(xué)合理利用越來越成為國(guó)家關(guān)注的焦點(diǎn)。近些年，國(guó)家一直在鼓勵(lì)新型能源的開發(fā)與利用，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)高效率的利用，盡量避免因供需錯(cuò)位導(dǎo)致的能源浪費(fèi)。為了滿足這一要求，需要我們將能源利用過程中未被利用的部分先儲(chǔ)存起來再擇時(shí)利用，儲(chǔ)能領(lǐng)域的發(fā)展因此興起。儲(chǔ)熱是儲(chǔ)能領(lǐng)域中非常重要的組成部分，通過材料的相變反應(yīng)實(shí)現(xiàn)熱量的儲(chǔ)存和釋放是近年來研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。

相變儲(chǔ)熱技術(shù)的定義及常用相變材料的分類

相，是指物質(zhì)在一定條件下（溫度、壓強(qiáng)等）以一種與外界條件相適應(yīng)的聚集狀態(tài)或結(jié)構(gòu)形式存在著的狀態(tài)，在此狀態(tài)下，物質(zhì)的性質(zhì)被確定。在外界條件發(fā)生變化的過程中，物相在某一特定的條件下（臨界值）發(fā)生突變，由一相變成另一相時(shí)的現(xiàn)象即為相變。相變儲(chǔ)熱技術(shù)，即為相變材料發(fā)生相變時(shí),通過吸收或釋放熱量來實(shí)現(xiàn)熱量的儲(chǔ)存和釋放的一種技術(shù),常見的相變熱主要包括汽化熱、升華熱以及溶解熱等。

相變材料是相變儲(chǔ)熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)的重要載體，可大體分為純相變材料、吸附浸漬類材料、混合燒結(jié)類材料和包裹類材料等四類。相變儲(chǔ)能材料按材料相變形式也可分為固-固、固-液、固-氣以及氣-液等相變材料。其中固-液相變材料因具有相變熱高、相變前后體積變化小等優(yōu)點(diǎn)，是目前研究及應(yīng)用最多的材料。固-液相變材料主要分為有機(jī)相、無機(jī)相、復(fù)合基和金屬基相變材料。例如純相變材料中有機(jī)基材料主要有石蠟、芳香烴類等高分子聚合材料，無機(jī)基材料主要有熔融鹽、結(jié)晶水合鹽及金屬合金等；吸附浸漬類相變材料中主要為有機(jī)（脂肪酸、醇類和酯類等）、無機(jī)類（融鹽類和結(jié)晶水合物類等）復(fù)合相變材料。混合燒結(jié)類材料主要是為制備定型復(fù)合相變材料，具有無需容器封裝即可與換熱流體直接接觸換熱的優(yōu)點(diǎn)，過程中需相變材料、骨架材料和添加劑等配合燒結(jié)，工藝簡(jiǎn)單，很適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。包裹類材料是因部分相變材料存在易燃、腐蝕性、熱穩(wěn)定性低等缺點(diǎn)，故采用封裝技術(shù)將相變材料包裹以達(dá)到高效率傳熱的目的，內(nèi)核相變材料和外層包裹材料最好具有化學(xué)相惰性。目前，原位聚合法、界面聚合法、乳液聚合法和類懸浮聚合法等化學(xué)方法是制備包裹類材料應(yīng)用較多的方法。

 圖1 相變材料的分類

（資料來源：中國(guó)知網(wǎng)）

相變儲(chǔ)熱技術(shù)將率先享有儲(chǔ)熱領(lǐng)域巨大的市場(chǎng)空間

根據(jù)我國(guó)2014年發(fā)布的儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)白皮書，我國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)預(yù)計(jì)到2020年將會(huì)達(dá)到137GW。但目前抽水蓄能占據(jù)了我國(guó)大部分的儲(chǔ)能市場(chǎng)，預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到70GW，剩余的空缺將由新型儲(chǔ)能方式填補(bǔ)。2018年，我國(guó)新型方式儲(chǔ)能裝機(jī)量只有81.3MW，預(yù)計(jì)到2020年,新型儲(chǔ)能技術(shù)的市場(chǎng)空間非常巨大。儲(chǔ)熱是儲(chǔ)能領(lǐng)域非常重要的組成部分，主要在于為用戶提供需求側(cè)的制冷與制熱的差別感受。目前，常見的儲(chǔ)熱技術(shù)主要有三種：顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)、相變儲(chǔ)熱技術(shù)和化學(xué)反應(yīng)熱儲(chǔ)熱技術(shù)。其中顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)所用材料雖價(jià)廉易得，但不適合大容量?jī)?chǔ)熱，很可能將被逐步淘汰；化學(xué)反應(yīng)熱儲(chǔ)熱技術(shù)所用材料雖安全性高、儲(chǔ)能密度很高，但制備技術(shù)復(fù)雜、制備成本較高，規(guī)模化應(yīng)用尚顯不足；相變儲(chǔ)熱技術(shù)所用材料儲(chǔ)能密度相對(duì)較高、安全性相對(duì)可靠，近些年復(fù)合材料的制備技術(shù)為相變儲(chǔ)熱技術(shù)的發(fā)展提供良好的機(jī)遇，相變儲(chǔ)熱技術(shù)將率先享有儲(chǔ)熱領(lǐng)域巨大的市場(chǎng)空間。

相變儲(chǔ)熱技術(shù)的應(yīng)用廣泛

航天領(lǐng)域。外太空領(lǐng)域的溫度多處于極端狀態(tài)，但我們發(fā)射的衛(wèi)星或航天器的外殼以及內(nèi)部電子儀器儀表在使用狀態(tài)下多應(yīng)處于恒定的狀態(tài)，這就需要一種精密的溫控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，使用相變儲(chǔ)熱材料制備的溫控裝置便能達(dá)到這一目的。此外，航天員的內(nèi)外艙航天服同樣需要較好的溫控系統(tǒng)來保證航天員的身體健康，相變儲(chǔ)熱材料制備的航天服能很好的達(dá)到目的。

建筑領(lǐng)域。建筑方面相變儲(chǔ)熱材料多應(yīng)用在樓房的室外墻體、室內(nèi)地板、崗?fù)さ刃枰３趾銣氐沫h(huán)境中，特別是在冬季需要供暖的地方，相變儲(chǔ)熱材料的使用可以有效降低電耗和能耗。

制冷設(shè)備領(lǐng)域。目前，常見的制冷設(shè)備（如冰箱、空調(diào)、冷藏車等）多采用壓縮機(jī)制冷的方式，此方式伴隨大量電能的消耗和污染物的排放，若制冷設(shè)備中采用相變材料，則可以顯著降低能耗。盡管目前相變儲(chǔ)能材料的一次性投入較大，但運(yùn)行過程中產(chǎn)生的費(fèi)用將很低。

紡織品領(lǐng)域。在日常生活中，消防員、工人、軍人等使用的服裝非常有制成智能調(diào)溫紡織品的必要，其可以感受環(huán)境溫度的變化，達(dá)到雙向溫度調(diào)節(jié)的作用，讓人體長(zhǎng)期處于舒適的溫度環(huán)境。在常見的口罩、繃帶和手套等醫(yī)學(xué)用品中也可以使用相變材料來代替現(xiàn)有材料。

結(jié)語

相變儲(chǔ)能技術(shù)的理論研究已經(jīng)日趨成熟，可應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，相變材料的研究一直是該技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵，尋找一種價(jià)廉易得、普適性和相容性強(qiáng)、綠色環(huán)保的相變材料，仍舊是我們研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。因此，我們需要更加努力，早日實(shí)現(xiàn)相變材料的飛速發(fā)展。