摘要：相变储能建筑材料是相变材料与建材基体复合制备的一种新型储能建筑材料，在保留传统建材自身性能的基础上附加了储热能力，是近年来材料科学和建筑领域一个重要的研究与发展课题。本文分析了建筑用相变储能材料存在的问题，介绍了相变储能材料在建筑中的应用。
关键词：相变材料；建筑节能；应用发展
随着我国城市化进程的不断推进，房屋建造规模越来越大，建筑能耗在能源总消耗量中占的比例越来越高，从10%上升到现在的27.6%，其中供热采暖消耗的能源占建筑耗能的60%。因此，建筑节能成为全球性发展的大趋势。能量储存是一种提高能源利用率的技术，通过一定介质将多余或不用的能量储存起来，在需要时再释放利用，是一种实现建筑节能的新技术。在建筑中使用相变储能材料，可充分利用太阳能、环境温差，降低建筑物内部环境温度波动、减少能源的消耗和提高室内环境舒适度。
一、建筑用相变储能材料存在的问题
1.相变储能建筑材料未来的研究重点是根据环境条件要求，研制出具有合适的相变温度与相变焓，并且能够长期使用、物理化学性能稳定、经济环保的相变材料，概括起来应满足以下性能要求：热力学性能：相变温度适宜，比热及相变潜热大，导热系数高，相变过程体积变化小、蒸气压低；动力学性能：结晶速度快以避免过冷现象，晶体生长速度快以提高热循环效率，相变过程可逆；物理化学性能：大量相变循环后性能无明显退化，耐久性好，与贮存容器或建筑基体相容性好，对人体无毒、无腐蚀，耐火；经济性：成本低；原料丰富、易获取等。
2.相变材料是一个综合热学性能、力学性能、耐久性及经济性于一体的复合体系，而当前大多数研究只是停留在实验室阶段，真正投入使用时还需要重点关注以下问题：一是优化相变材料的制备工艺。微胶囊法成本较高、制备工艺复杂且导热性不良；高分子材料大多易燃；多孔介质吸附法普遍需要在负压条件下进行。无论是何种方法，均难以满足规模化生产要求。二是深化相变材料传热性能研究。研究相变材料导热系数动态变化规律，改善传热增强介质在相变材料中的分散状态，提高相变材料传热效率，能够在有效降低成本的同时增强相变材料储热能力。三是提高相变材料的耐久性。耐久性问题不仅局限于相变材料自身的老化或损失，同样要关注其对建筑基体整体性能的影响，而这点往往在当前研究中忽视或弱化。五是进行相变材料应用成本分析。根据不同使用环境调整相变温度、设计相变材料的使用方式与安装位置、提高相变材料的使用效率；针对不同地区的气候特点，选择适合的保温隔热方式等。
二、相变储能材料在建筑中的应用
由于常用于建筑中的相变材料多为固液相变材料，在发生相变时存在相变材料泄漏、基体材料腐蚀等问题，所以不能直接用于建筑结构中，通常需要将其与建筑材料结合起来使用。
1.相变储能材料与建筑材料的复合工艺。目前，建筑材料基体与相变储能材料的结合主要有三种形式： 浸渍法；微胶囊法； 直接混合法。一是浸渍法。利用多孔建筑材料直接吸附相变材料，如膨胀珍珠岩，石膏板。此法生产工艺简单，易于对已有的建筑材料进行改进。制备的相变储能建筑材料在储能方面有较大的提高，但是对相变材料的泄漏、相变材料对基体材料的腐蚀问题始终难以有效解决，因此不能得到实际的推广应用。二是微胶囊法。是利用成膜材料通过物理或化学方法将相变储能材料（ 固态或液态） 封装成微小颗粒，应用于建筑材料。相变材料被一层膜包覆，在相变过程中，膜层始终保持固态，有效解决相变材料泄漏、相分离以及腐蚀性等问题。但是这种技术将大大增加了材料的成本，限制其大规模应用。三是直接混合法。即将相变材料直接与建筑材料熔融后混合在一起，制成成分均匀的相变储能建筑材料。此法优点是工艺简单，易制成各种形状和大小的建筑构件，满足不同建筑需要。但是在发生相变过程中，易出现相分离问题。
2.相变储能建筑材料的应用
（1）相变储能材料在石膏基体中的应用。石膏是一种绿色环保建筑材料，轻质、抗震性好，具有一定的调温调湿功能，有一定的防火性能、隔热隔音效果。在石膏板中加入相变储能材料制得的相变储能石膏板，将其制室内壁材料，由于相变材料在发生相变过程中的储放热作用课减小室内的温度波动，提高室内的舒适度。LiMin 等通过真空吸附法将石蜡吸附到膨胀珍珠岩中制成复合相变材料，然后再将相变材料和石膏进行复合，研究结果表明研究结果表明石蜡的使用有效降低了室内环境温度的波动，但是也降低了石膏板的热导率。Lai，Chi - Ming 等将相变材料制成相变微胶囊，再添加到石膏板中，通过控制添加量，研究了相变石膏板的热工性能和物理力学性能。Neeper 等将石蜡和脂肪酸添加到石膏板中，在不影响其使用性能的情况下，相变储能石膏板的储热能力较普通石膏板提高了十倍。
（2）相变储能材料在混凝土中的应用。在建筑工程领域中混凝土是用途最广、用量最大的一种建筑材料，未来的发展趋势是利用新的技术手段制备新型的多功能混凝土。研究人员越来越多的将研究中的放在开发相变储能混凝土中。用相变储能混凝土制成墙体，在冬冷夏热地区或冬热夏热地区使用，可降低室内温度波动，有效缓解保温和隔热的矛盾，达到节约能源的目的。相变储能混凝土的热工性能及其稳定性和耐久性取决于所使用的相变储能材料的类型以及相变材料的封装方法。Hawex 等在混凝土中吸附石蜡、脂肪酸和醇类有机相变材料对混凝土进行改性，使得混凝土的蓄热能力提高2 倍。杨玉山等将硬脂酸丁酯吸附到活性炭中制成相变储能骨料，替代部分的骨料（ 卵石） 制成相变储能混凝土，结果表明相变储能混凝土的储热能力得到显著提高。
（3）相变储能材料在其他建筑材料中的应用。邓安仲等将相变石膏砂浆作填充层制备出相变地板，并对其热物性能进行研究，结果表明相变地板房的地板温度变化比普通地板稳定。刘成楼等将膨胀珍珠岩作为储能基体材料吸附石蜡制成定型相变储能材料掺入到抹面砂浆中，对其热物性进行研究。结果表明与普通砂浆相比，相变储能抹面砂浆的表面温度变化较稳定，高温时可降低5.5 ℃，低温时则提高2.5℃。
相变储能建筑材料作为一种新型建筑功能材料， 在节能、储能方面有着良好的应用前景。用于建筑节能领域， 有利于提高建筑物的热舒适性， 达到节能的目的； 用于大体积混凝土， 有利于解决混凝土因水泥水化热所引起的早期开裂， 改善材料耐久性。随着人们对建筑节能问题的日益重视， 相变储能建筑材料的应用前景必将越来越广阔。
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