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摘要:建筑能耗占社會總能耗的30%以上,相變儲能建筑材料因具備室溫調控和節約能耗的特點,已成為產業發展熱點。本文簡要介紹了相變儲能建筑材料的技術和應用展望。
能源是社會發展的物質基礎,隨著全球經濟規模增長,能源消耗總量以2.3%的速度持續上升。建筑能耗約占社會總能耗的30%以上,而空調能耗約占建筑能耗的2/3。在當前全球變暖,節能需求緊迫的形勢下。通過建筑材料的創新,推動節能建筑技術的發展,已日漸成為全球節能環保領域的重大發展趨勢之一。近年來,相變儲能材料快速進入人們的視野,這類材料可以通過相態的轉變吸收或釋放熱量,從而能達到調節環境溫度的目的,可以實現節能、節材和減排的效果。如今,相變材料已廣泛應用在航空航天、服裝、制冷設備、軍事、通訊、電力等行業,相變儲能建材也已成為全球的熱門研究課題,然而其產業化進程卻行動遲緩。本文介紹了相變儲能建筑材料的發展現狀和存在的主要問題。
相變儲能建筑材料及發展現狀
上世紀80年代,美國啟動相變儲能建筑材料的研究與開發,他們研究了20000多種相變儲能材料,結果表明僅有1%具備實用價值。90年代以后,業內開始選用復合的相變儲能材料,自此突破了單一相變儲能材料的局限性,材料的熔點、強度等實用性能得到很大提升,也進一步加大了材料設計的可能性。在制備技術方面,浸漬法、直接深入法、微膠囊法作為傳統制備方法,應用最為廣泛。在應用方面,目前國內已開發了相變儲能墻板、相變儲能墻體、相變儲能混凝土、相變儲能窗戶等產品。
效果評價和應用技術體系急需建立
目前建筑節能的途徑主要包括降低化石能源消耗量、改善能源的利用效率、降低建筑物的運行能耗三種。而實現建筑節能所采用的主要技術包括:(1)建筑設計技術,如開發低能耗、零能建筑和綠色建筑等;(2)建筑圍護結構和材料的優化技術,如屋面、墻體、地面、隔熱材料、密封材料、門窗及遮陽設施等的改進;(3)終端用戶用能效率改進技術,如設計高能效的供暖和空調系統等;(4)提高總的能源利用效率,從能源的采集、加工、運輸、儲存、分配和利用的全過程進行評價和優化。在眾多建筑節能技術中,相變儲能技術的優勢不易凸顯。此外,建筑的設計、施工和使用屬于系統化工程,而建筑材料處于建筑業的前端。要推動相變儲能建材的規模化應用,應首選建立相變儲能建材節能技術的評價標準,量化技術經濟效益。此外,應建立相變儲能建材的應用技術體系,便于被設計采納。
節能效果和制造成本需盡快完善
在材料研發和應用技術等方面還有較多問題需要改善。首先,相變材料的使用溫度、儲熱、導熱等性能還需改善,必須開發出效果優異且應用廣泛的相變材料。其次,相變儲能節能建材的制備和規模化生產技術還需要進一步改進。相變材料摻雜,可能會影響到原來的建筑材料本身的性質,影響建筑材料的服役性能。在不影響建筑材料服役性能的基礎上,復合材料的節能效果和控溫能力需進一步改善。最后,相變材料的成本仍然偏高,在原有建筑技術的基礎上,相變儲能材料的使用仍會使得建筑成本提高,此因素對相變儲能技術的規模化使用較為不利。因此,開發成本低廉、工藝簡便的相變儲能材料及其應用技術是其在建筑界規模化應用的關鍵所在。
隨著經濟發展和科技進步,人類趨向于追求更加舒適的生活環境。然而,面臨全球能源的加速消耗和溫室效應的加劇。夏季的空調制冷和冬季的供暖行為,始終在加劇能源和環境問題。相變儲能建筑材料具備智能化、生態化的控溫特性,是室溫調節最理想的建筑材料。從業者應以應用為導向,加快相變儲能材料和工程技術開發,提高用戶體驗,建立產品標準和應用規范,推動產品的產業化進程。
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