相变材料及其在温室中的应用.ppt

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1、相变材料及其在温室中的应用简介2011-11-30近年来，世界范围内的能源危机不断加剧，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。相变蓄热材料作为一种高效的储能材料，在设施园艺中用于温室大棚的温度调控，其发展前景非常广阔。前言相变材料（PCM)：是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。储热原理：相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。在环境温度达到熔化温度时，就产生从固态到液态的相变，在这一熔化过程中，相变材料吸收并储存大量的潜热；反之当环境温度低于凝固温度时，储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去，同时进行从液态到固态的逆相变。在这两种相变过程中，相

2、变所吸收或释放的潜热相当大，但过程中其材料自身的温度几乎维持不变，产生了一个较宽的温度平台。以冰－水相变的过程为例，对相变材料在相变时所吸收的潜热以及普通加热条件下所吸收的热量做一比较：当冰熔化时，吸收335J/g的潜热，当水进一步加热当水进一步加热温度每升高1℃，它只吸收大约4J/g的能量。因此，由冰到水的相变过程中所吸收的潜热几乎比相变温度范围外加热过程的热吸收高80多倍。（？）（一）相变材料1、对温室相变储热材料的要求：PCMs的相变温度必须在植物生长的适宜温；潜热值大、体积膨胀率小；PCMs不能从容器中外泄、长期循环不变质、与建材要相容；能在恒定温度下融化及固化，不发生过冷和相分离

3、现象；具有化学稳定性和低降解性质；不腐蚀、无毒、非燃、不爆炸；经济性好。2、相变材料分类相变材料按相变形式分为液-气、固-气、液-液、固-液、固-固5种，固-气或液-气变化材料由于相变时体积变化过大而难以应用于实际，只有固-液、固-固有应用价值。美国Dow化学公司对近两万种相变材料进行了测试，发现只有1%的相变材料可进一步研究。适合作为温室储热的相变材料更是少之又少。（？）按相变材料的科学属性性划分，相变蓄热材料一般可分为：无机水合盐相变材料、有机相变蓄热材和复合相变蓄热材料。2.1常见无机水合盐相变材料CaCl2·6H2O和Na2SO4·10H2OCaCl2·6H2O和Na2SO4·10

4、H2O是温室储热应用最多的无机水合盐材料，具有潜热大、导热系数高、相变时体积变化小等优点。CaCl2·6H2O的相变温度约在26～29℃，熔解热为190kJ/kg，不易分解，价格低，易得，安全无毒。CaCl2·6H2O有严重的过冷问题（其过冷度达20℃）和对湿度的敏感性，对应用不利。同CaCl2·6H2O相似，Na2SO4·10H2O也具有价廉，高储热密度和适宜熔解温度等优点，适宜于温室储热。缺点是在相变过程中存在相分离现象。CaCl2·6H2ONa2SO4·10H2O2.2有机相变蓄热材料有机相变蓄热材料主要包括：高分子类相变材料、脂肪酸、醇类相变材料。石蜡作为相变蓄热材料的工业级石蜡是

5、很多碳氢化合物的混合体，其相变温度可调，且温度范围宽泛，熔点从23～67℃不等，是有机储热材料中应用最广的相变材料。石蜡相变潜热高，几乎没有过冷现象、自成核、熔化时蒸汽压力低、不易发生化学反应且化学稳定性较好、没有相分离和腐蚀性（可以用金属容器封装）；它还可与支撑材料形成定形相变材料，使其在围护结构中的应用具有广阔的前景。石蜡的缺点主要是导热系数低，可能有渗出现象。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，其链结构简单容易结晶，熔点为20～25℃，潜热值约为150kJ/kg。它具有固体成型好、不易发生相分离及过冷现象、腐蚀性较小、理化性质稳定，易加工成

6、型、导热率高、熔解热较高，易溶于水等特点。如果将两种不同聚合度n值的聚乙二醇按不同比例混合，就可得到相变温度不同且范围较宽的混合储热材料，以适应对温度有不同要求的对象使用。这不仅对温室生产应用有很好的适应性，而且为开发混合相变材料提供了新途径。脂肪酸脂肪酸中常用做相变储能材料的是十八酸(硬脂酸)、十六酸(棕榈酸)、十四酸(豆蔻酸)、十二酸(月桂酸)4种。Sair等对脂肪酸进行了热稳定性的鉴定,使脂肪酸经受不同次数的循环及加速循环测试,再利用DSC测其相变温度及相变焓。结果表明,在经历120、560、850、1200次的循环后,相变温度的变化范围为0.07～7187℃,相变焓的变化为-1.0

7、%～-27.7%。综上所述,脂肪酸具有很好的热稳定性,是适合用做相变储能材料的。但是,随着循环次数的增加,相变焓的降低是不规律的。（？）2.3复合相变蓄热材料现阶段纳米复合相变材料主要是将有机相变材料与无机物进行纳米尺度上的复合，包括在有机基质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和无机纳米材料的物理、化学的优点，利用无机物具有高导热系数来提高相变材料的导热性能，利用纳米材料具有巨大比表面积和界