529 第 39 卷  第 5 期 Journal of Ceramics Vol.39  No.5 Oct. 2018 第 39 卷  第 5 期 2018 年 10 月 DOI：10.13957/j.cnki.tcxb.2018.05.002 Received date:2017-12-12.             Revised date:2018-01-15. Correspondent author:YI Xuemei(1976-), female, Ph.D., Associate Professor. E-mail:xuemei_yinwsuaf.edu.cn 收稿日期：2017-12-12。                        修訂日期：2018-01-15。 基金項目：陜西省重點研發(fā)計劃項目(2018GY-116)；楊凌示范區(qū) 科技計劃項目(2018GY-05)。 通信聯(lián)系人：衣雪梅(1976-)，女，博士，副教授。 溫室墻體用蓄熱新材料的發(fā)展 張森景，李青達，張文杰，劉雄章，郭 冉，衣雪梅 (西北農林科技大學 機械與電子工程學院，陜西 楊凌 712100) 摘  要：溫室大棚在現(xiàn)代設施農業(yè)中得到廣泛的發(fā)展，溫室墻體的蓄熱性能是影響溫室大棚室內溫度的關鍵因素之一。由于 傳統(tǒng)溫室墻體多采用黏土、磚塊等急劇消耗性的材料，且對土地資源造成嚴重破壞，此類傳統(tǒng)農業(yè)設施會逐漸被淘汰。隨 著農業(yè)技術的發(fā)展，環(huán)保高效蓄熱新材料的開發(fā)及其在設施農業(yè)中的應用成為發(fā)展的趨勢。本文將蓄熱材料分為顯熱、潛 熱及化學蓄熱三類，分別闡述了其研究發(fā)展現(xiàn)狀，分析了各自的優(yōu)缺點。詳細論述了相變蓄熱材料在國內外的研究進展， 指出了研究過程中存在的問題,最后對溫室墻體蓄熱材料的發(fā)展前景進行了展望。  關鍵詞：溫室墻體；蓄熱；相變材料 中圖法分類號：TQ174.75                                      文獻標識碼： A                         文章編號：1000-2278(2018)05-0529-10 The Development of New Heat Storage Materials for Greenhouse Walls ZHANG Senjing, LI Qingda, ZHANG Wenjie, LIU Xiongzhang, GUO Ran, YI Xuemei (College of Mechanical and Electronic Engineering, Northwest A thermal storage; phase change materials 0   引 言 隨著農業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，溫室大棚得到普遍的 推廣，傳統(tǒng)的溫室大棚墻體蓄熱材料多運用夯實黏 土或紅磚等急劇消耗性資源。但隨著經(jīng)濟社會的發(fā) 展，環(huán)境資源問題越來越得到人們的重視，所以發(fā) 展環(huán)保高效的蓄熱材料是發(fā)展的必然趨勢 1 。潛熱 蓄熱材料是一種能夠儲存熱能的新型化學材料。它 可在特定的溫度(如相變溫度)下發(fā)生物相變化，從 而通過熱量吸收和釋放的形式，達到提高能源利 用率和控制周圍環(huán)境溫度的效果 2 。本文主要對顯 熱、潛熱及化學蓄熱這三種蓄熱方式做出綜述，并 對極具發(fā)展?jié)摿Φ臐摕嵝筒牧献鞒鲈敿毞治觥?1   蓄熱材料的分類按照蓄熱 的儲熱方式可以將蓄熱材料分為顯 熱、潛熱和化學蓄熱三類 3 。相變蓄熱材料按相變 溫度的范圍可分為：高溫、中溫和低溫蓄熱材料。 按材料的組成成分可分為無機類和有機類蓄熱材 料，目前就有多種有機和無機材料在溫室大棚上的 應用 4 。潛熱型蓄熱按照相變的方式一般分為4 類： 固-固相變、固-液相變、固-氣相變及液-氣相變 5 。 由于固-氣相變和液-氣相變材料在相變時體積變化 較大,具體實際運用中需要很多復雜裝置，因此在 建筑墻體實際應用中很少被采用。目前固-固相變 和固-液相變是蓄熱材料中研究的重點。但固-液 相變材料從固態(tài)轉變成液態(tài)的過程中，液相容易發(fā) 生泄露，必須用密封性良好的容器封裝。固-固相 變儲能材料是相變材料從一種結晶形式通過相變過 程轉變成另一種形式，相變材料在相變過程中一直 處于固態(tài)并伴隨著熱量的吸收與釋放，從而改變周 圍環(huán)境溫度,但存在相變潛熱較小、相變溫度不適 530 2018 年 10 月 宜、價格昂貴等缺點 6-8 。 2   顯熱蓄熱材料顯熱蓄熱材料在自然環(huán)境下多以固液形式存 在，其液體蓄熱材料多以水為主，固體蓄熱材料多 以黏土、巖石為主，在溫室大棚墻體選材中，由于 黏土獲得途徑簡單，成本低，且它的蓄熱方式通過 直接接觸進行熱量的存儲，因此黏土得到廣泛的應 用，俗稱土墻 9, 10 。另外由于使用多空磚建造溫室 墻體操作簡單，且多孔的形狀特征存在一定量的空 氣，從而可在一定程度上降低空心磚的導熱系數(shù)， 防止一部分熱量通過墻體流失，所以在我國使用多 空磚建造單一溫室大棚墻體的現(xiàn)象也十分常見 11 。理 想的溫室墻體要考慮材料本身的導熱系數(shù)和蓄熱系 數(shù)，表1所列舉常見顯熱材料的導熱蓄熱系數(shù)。針對顯熱材料的性能一直都有相關的研究與改 進，如Collet 12 等通過熱性能研究得出：5厘米絕熱 層厚度的土墻蓄熱能力與15厘米密封混凝土砌塊墻 蓄熱能力相同。Paulo Santos 13 等為了提高多孔磚的 熱性能，向多孔磚中增添工業(yè)納米結晶鋁泥材料， 綜合實驗數(shù)值通過三維有限元分析法得出，添加鋁 泥材料的多孔磚能提高10%的熱導率。目前，溫室 大棚通常增加保溫材料來提高保溫性能，如發(fā)泡水 泥、秸稈塊等，或者在墻體上增加內置風道和風機系 統(tǒng) 14-16 。其目的都是為了降低導熱系數(shù)以此來提高保 溫性。但顯熱蓄熱材料都是利用自然資源的物質，對 環(huán)境破壞性強，所以都不具備長遠開發(fā)性能 17 。 3   潛熱蓄熱材料特點及使用條件潛熱蓄熱材料是一種材料或多種復合材料在相 變過程中實現(xiàn)能量的儲存和釋放。相變材料具有 較高的熱能儲存密度，且在相變過程中相變潛熱較 大，相變溫度恒定，在控制體系溫度方面具有優(yōu)異 特性 18-20 。溫室墻體在蓄熱材料方面也具有一定要求，如相 變溫度應在大多植物最佳生長溫度20 -25 之 內、相變可逆性優(yōu)良、在相變過程中避免發(fā)生分層 和過冷現(xiàn)象(針對固-液相變)、相變潛熱值較大、 無毒、無泄漏、無腐蝕等現(xiàn)象、且原材料應來源廣 泛、價格便宜等 21, 22 。 3.1  固-固相變材料的應用和發(fā)展 固-固相變材料包含無機類和有機類，無機固-固 相變材料主要指層狀鈣鈦礦和無機鹽類，層狀鈣鈦礦 類是一種有機金屬化合物，由于它的晶體結構與礦 物鈣的晶體結構相似，因此稱其為“層狀鈣鈦礦”。 其相變溫度較高，一般應用于高溫范圍內 23 。無機 鹽類是通過不同晶型之間的變化從而進行熱量的存 儲和釋放，主要物質有KHF 2 、Li 2 SO 4 等,它們同樣 具有較高的相變溫度,一般應用于高溫范圍內的儲 能和控溫，所以在實際建筑中很少應用 24 。有機固 -固相變材料包含多元醇類、高分子類，而多元醇 類和高分子類在相變過程中具有體積變化小、無液 相產(chǎn)生、過冷度小、使用壽命長、無需封裝和無 毒、無腐蝕性等優(yōu)勢而被大家認為具有可發(fā)展前景 的儲能材料 25-27 。 3.1.1  多元醇類的發(fā)展多元醇類主要是晶型間的轉變(晶體有序與無序 之間的轉變)，由于在轉變過程中化學鍵既有生成 又有破裂，從而進行吸熱和放熱過程。多元醇材料 相變溫度一般在-15  245 之間，相變焓在100  kJ/kg-413 kJ/kg之間，具有較寬的相變溫度范圍， 且在相變過程中具有無明顯過冷、無毒、無腐蝕 性、熱效率高等特點 28 。單一的多元醇相變材料有 較高的轉變溫度，多用于中、高溫領域的儲能，所 以通常將兩種或多種多元醇通過混合得到二元或者 多元體系，用于低溫儲能領域 29, 30 。多元醇類等相 變材料主要有新戊二醇(NPG)、三羥甲基乙烷(PG)、 季戊四醇(PE)、三羥甲基氨基甲烷(TRIS)等 31 。表2 給出了部分多元醇類的熱物性。 表1  部分顯熱材料的導熱及蓄熱系數(shù) Tab.1 The thermal conductivity and heat storage coecient of some sensible heat materials Material Volume-weight (Kg/m 3 ) Thermal conductivity (W/mK) Heat storage coefficient W/ (m 2 K) Solid clay 2000 1.16 13.05 Perforated brick 1400 0.58 7.92 Reinforced concrete 2500 1.74 17.06 Cinder brick 1700 0.81 10.43 Coal residue 1700 1 11.39 531 第 39 卷  第 5 期王小伍 33 等探討了新戊二醇/季戊四醇二元體系 的固-固相變焓與氫鍵之間的關系。李偉明 34 所制 備的接枝共聚物，其相變溫度在0 -60 范圍。 物質成分不同所制備的材料的焓值均不相同，可 通過提高接枝率，制備出相變焓更大的共聚物。 閆全英 35 等使用差示掃描量熱儀對多元醇NPG-PE 和TAM- NPG二元體系分析得出，其相變溫度范圍在 30 -41 之間，并測出當NPG 的成分含量在 50 %-90 %之間時，二元體系的轉變熱較大，可以作 為儲熱材料在一定的建筑領域應用。多元醇類的研究表明，一方面雖然多元醇類具 有較寬的相變溫度和較大的相變焓，但從復合的多 元醇類熱物性數(shù)據(jù)來看，其相變溫度仍然較高且不 穩(wěn)定。另一方面，多元醇傳熱性能較差，且將其加 熱到固-固相變溫度以上時，晶態(tài)固體將變成塑性 晶體，此時塑晶易揮發(fā)，使用時仍需容器密封。 3.1.2  高分子類的發(fā)展高分子材料是以高分子化合物為基體，由許多 重復單元共價連接而成，本身具有一定的粘性 36 。 高分子主要包括纖維、膠粘劑、塑料、涂料和高 分子基復合材料等 37, 38 ，而高分子類固-固相變儲 能材料主要指高分子類的交聯(lián)樹脂，比如交聯(lián)聚 縮醛類、交聯(lián)聚烯烴及一些接枝共聚物，如聚苯乙 烯類、纖維素基類、烷類等接枝共聚物。高分子類 相變材料是通過晶型的轉變來進行能量的儲存與釋 放，是較為典型的有機相變材料 39 。潘萬里 40 等在以六羥基化合物為骨架的高分子 固-固相變材料的合成與性能研究顯示，其升溫和 冷卻過程的相變焓最高可達107.5 J/g 和102.9 J/g。 此外，通過熱重分析發(fā)現(xiàn)所合成的材料具有較好的 可重復使用性和熱穩(wěn)定。費鵬飛 41 等用八羥基化合 物制備的高分子固-固相變材料，通過紅外光譜和 差示掃描量熱分析測得，其吸熱與放熱相變焓值分別 達到118.9  J/g 和100.8  J/g ,調溫區(qū)間為25.10 -55.20 ， 具有良好的相變性能。高分子固-固相變材料雖然性能穩(wěn)定，無過冷 和層析現(xiàn)象發(fā)生，但它的相變焓相對較低，相變溫 度仍然過高，所以常將高分子材料與其他材料復合 制備更理想的蓄熱材料，這也是高分子蓄熱材料重 要的發(fā)展趨勢。如Jia Tang 42 等以鄰苯二甲醛和副 玫瑰苯胺為支撐材料制備出分層多孔相變材料，高 孔隙率高達91.9%，制成的復合相變材料相變焓為 169.2 J/g，經(jīng)過50次周期循環(huán)后其相變焓仍基本不 變。周紅 43 以石蠟、低密度聚乙烯材料作為芯材， 以漂珠、水鎂石纖維、高密度聚乙烯等為骨料作為 支撐和密封材料的囊材，制出新型定型相變材料。 其蓄熱相變溫度約為 26 -29 ，放熱相變溫度 約為12 -16 ，放熱過程中潛熱所持續(xù)時間約為 500 min，蓄熱時間約為250 min。張恩薇 44 對纖維素 /石墨烯復合材料的導熱性能研究顯示復合凝膠材 料的熱導率可達0.37 W/(m K)，吸熱峰最高峰37 和放熱峰最高峰11 。由于一些高分子材料價格低廉，保溫性能優(yōu) 良，常用作墻體保溫材料。目前市場上已用的有聚 苯乙烯磚、酚醛酯板等高分子材料。一些相關的研 究也證明了其優(yōu)良的保溫性能，LI Cheng-fang 45 等 對四種構造的溫室墻體做出比較顯示，擁有3.3 cm 的聚苯乙烯材料比沒有聚苯乙烯材料的墻體，其表 面溫度高出1.5 左右，內部5 cm-20 cm處的溫度 高出3.5 左右。于錫宏 46 等對EPS、XPS、酚醛酯 板、聚氨酯四種高分子的保溫性能對比研究表明， 聚氨酯保溫性能最優(yōu)，XPS外保溫處理效果次之， 酚醛酯最差。 3.2  固-液相變材料的應用發(fā)展 3.2.1  無機固-液相變材料固-液相變材料主要按種類劃分可分為無機類 和有機類，但無論有機類還是無機類，單一的相變 材料很難獲得理想的相變溫度和儲熱效果，為了獲 得所需的相變溫度和較高的潛熱值常將兩者或多種 材料復合，即復合材料。無機類固-液相變儲能材 料主要包括結晶水合鹽、熔融鹽、金屬合金和其他 無機物，最為典型的應用是結晶水合鹽。結晶水合 表2  幾種多元醇類相變儲熱材料熱物性 32 Tab.2 Thermal properties of several kinds of polyols  32 Material Phase transition temperature / Enthalpy of phase change /J g -1 Melting point / NPG 43 131 126 TRIS 135 276 168 PG 81 195 198 PE 188 323 260 張森景 等：溫室墻體用蓄熱新材料的發(fā)展 532 2018 年 10 月 鹽的相變溫度范圍為8 -117 ，熔點溫度的變化 由物質成分的量而變化，相變焓值范圍為116 kJ/kg- 377 kJ/kg，結晶水合鹽儲能材料由于價格便宜、無 毒、無腐蝕性、導熱系數(shù)大、相變潛熱及儲熱密度 較大等優(yōu)點在中低溫領域得到廣泛的應用 47 。但過 冷和分層現(xiàn)象是限制此類相變儲能材料應用發(fā)展的關 鍵,也是許多文獻中關于化合物的熔點和潛熱值不同的 原因 48 ，因此如何消除或降低過冷分層現(xiàn)象是研究的 重點 49-51 。表3總結了幾種常用結晶水合鹽相變儲能 材料的熱物性能。徐燕 52 等將十水硫酸鈉用塑料袋包裝,懸掛于大 棚內以及堆放在塑料大棚的兩側，使用T型熱電偶 進行溫度數(shù)據(jù)收集。數(shù)據(jù)顯示，加入500 kg的十水 硫酸鈉可使溫室大棚內白天平均氣溫提高2.4 ， 夜間氣溫平均提高5.4 。這說明十水硫酸鈉具有 長期蓄熱能力，在溫室墻體材料應用前景中具有 潛力。李鳳艷 53 等針對十水硫酸鈉的相分離、過冷 問題提出加入3%硼砂作為成核劑和加入2%羧甲基 纖維(CMC)作為增稠劑能達到最好的成核增稠效 果。通過摻雜6%氯化鈉，使其相變溫度降到27 左右。柳馨 54 等探討了納米Cu粉、納米Al粉及納 米C粉對Na 2 SO 4 10H 2 O過冷及相分層的影響。結果 表明，納米C粉復合相變儲能材料無明顯相分層現(xiàn) 象，隨著納米C成分含量的增加，其材料導熱系數(shù) 與熱擴散系數(shù)均增高，復合相變儲能材料在融化和 結晶狀態(tài)下，導熱系數(shù)都隨著溫度升高而增大， 在循環(huán)50次后的4%C/Na 2SO 4 10H 2 O復合材料相變 潛熱值為188.3 J/g。蔣自鵬 55 等采用物理法制備芒 硝基(Na 2 SO 4 10H 2 O)復合相變儲能材料，當添加成 核劑硼砂質量分數(shù)為4%時，過冷度消失。當添加 增稠劑羧甲基纖維素鈉質量分數(shù)1.5%時，相分層 現(xiàn)象基本消失。添加導熱劑石墨粉質量分數(shù)為1% 時，相變材料導熱系數(shù)為1.0216 W/(m K)，材料相 變潛熱為127 kJ/kg，放熱峰值為15.4 ，同時經(jīng)過 300次相變循環(huán)，材料仍保持較好的相變性能。同 時，液相泄漏問題也是限制相變儲能材料應用發(fā)展 的關鍵，由于纖維多孔陶瓷的高孔隙率、優(yōu)良的連 通孔結構等，可用作復合蓄熱材料的基體，通過混 合燒結法和熔融浸漬法制備出定型復合相變材料 56 。 冷從斌 57 等在Na 2 SO 4 10H 2 O中添加%的硼砂和%的膨脹 石墨制備出Na 2 SO 4 10H 2 O/膨脹石墨復合材料。其相 分離不僅得到了消除，而且過冷度也降到了0.6 以下，相變潛熱和體儲能密度分別為225.77 kJ/kg 和218.09 MJ/m 3 ，此外解決了液相泄漏問題，從而 可以得到“固-固”復合相變材料，且經(jīng)過500次 急劇升溫降溫循環(huán)后仍保持較好的相變性能。陳 嬌 58 等將CaCl 2 6H 2 O 作為相變材料，3%的硼砂作 為成核劑，吸附于多孔的Al 2 O 3 材料，制備出最佳 比例的CaCl 2 6H 2 O/多孔Al 2 O 3 復合相變材料。其相 變溫度均在29 左右，材料的相變焓為99.81 J /g。 Wei Wei Cui 59 等將CaCl 2 6H 2 O作為蓄熱材料填充到 海泡石中，制備成多孔結構蓄熱材料。通過差動掃 描量熱法和熱重分析法對相變行為及熱穩(wěn)定性做出 分析。結果顯示，含量為70%的CaCl 2 6H 2 O復合相 變材料熔化焓可以達到87.9 J/g ，且具有良好的熱 穩(wěn)定性，其變化范圍為25100 。Yuping Wu 60 等 通過溶膠凝膠法將Na 2 SO 4 10H 2 ONa 2 HPO 4 12H 2 O 浸入多孔氧化硅陶瓷制備出定型復合相變材料。研 究表明：當無機水合鹽比例為70 : 30時，其相變溫 度和相變焓分別為30.13 、106.2 kJ/kg。目前， 針對結晶水合鹽過冷和相分離現(xiàn)象有許多研究的實 例，而有些多孔吸附材料不僅能夠解決過冷和相分 離現(xiàn)象問題，更能解決液相泄漏問題。但這方面研 究較少，所以應大力發(fā)展多孔吸附材料，提高復合 材料的相變焓，進一步解決液相問題。 3.2.2  有機固-液相變材料有機固-液相變材料有石蠟、脂肪烴類、脂肪 酸類、芳香烴類以及醇類、脂類等化合物，而有 表3  常用熔鹽水合物相變儲能材料 23-39 Tab.3 Common molten salt hydrate phase change materials23-39 PCM Melting point / Heat of solution /kJ kg 1 Anti cold Anti phase agent Na 2 SO 4 10H 2 O 32.4 250.8 NaBO10HO SDBS CaCl 2 2H 2 O 29.0 180 BaCO 3 、SrCl 2 HEC CH 3 COONa 3H 2 O 58.2 250.8 Zn(OAc) 2 、Pb(OAc) 2 、 Na 2P 2 O 7 10H 2 O、LiTiF 6 Gelatin, anionic surfactant  CaCl 2 6H 2 O 29 180 CaHPO 4 12H 2 O、CaSO 4 、Ca(OH) 2 SiO 2 、bentonite、PEG Na 2 HPO 4 12H 2 O 35 205 CaCO 3 、CaSO 4 、NaBO10HO Polyacrylamide 533 第 39 卷  第 5 期 機相變蓄熱材料是利用晶型之間在不同溫度下的 轉變來進行吸熱或放熱 61 。其中石蠟類相變材料是 目前被研究與應用最多的一類 62 。石蠟是提煉石油 的副產(chǎn)品，由直鏈烷烴混合而成，其分子表達式為 C n H 2n+2。常用的石蠟類相變材料的熔點為-12 75.9 ，溶解熱為150 J/g-270 J/g。石蠟的熔點和 溶解熱會隨著碳鏈的增長而增大，但隨著碳鏈的不 斷增長，熔點的增長值會逐漸減小，最終熔點會趨 于一定值 63 ，表4總結了常見石蠟的熱物性。石蠟作為一種儲熱相變材料，具有無毒、無腐 蝕、價格低、不易發(fā)生化學或物理變化，使用壽命 長，且和水合鹽相比相變潛熱大，過冷度極小等優(yōu) 點。但也存在固-液相變體積變化大、易出現(xiàn)液相 泄露，導熱性差等問題 65 。Xavier 66 等以石墨為支 撐材料，將石蠟吸附在具有多孔結構的膨脹石墨 內，從而制備出石墨/石蠟復合相變材料。當石墨 與石蠟的質量比為65-95時，復合相變材料的 導熱系數(shù)與多孔石墨基體的導熱系數(shù)基本相同，并 將純石蠟的導熱系數(shù)增至4 W/(m K)-70 W/(m K)。 胡小冬 67 等將石蠟吸附于多孔結構的膨脹石墨內， 從而制備出含石蠟為80%的石蠟/石墨復合相變材 料，其相變焓為156.6 J/g，相變溫度為27.7 ， 熱導率為9.795 W/(m K)。張秋香 68 等通過原位聚 合法，以石蠟為芯材，甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共 聚物為壁材，納米SiO 2 為改性劑，制備出石蠟微 膠囊相變材料。研究表明，當壁材中添加3%納米 SiO 2 能夠有效地提高壁材的熱穩(wěn)定性，使相變材料 具有良好的儲熱能力，相變潛熱高達134.79 J/g， 經(jīng)過1000次熱循環(huán)測試，石蠟滲漏率僅為2.96%。 劉佳佳 69 將石蠟和CuS吸附于多孔結構的SiO 2 中， 從而制備出石蠟/SiO 2 /CuS納米復合相變材料。利 用SiO 2 強有效的吸附能力，能夠防止液態(tài)石蠟泄 露。當石蠟在復合材料中的質量分數(shù)為57.3%時， 復合相變材料相變潛熱可達到115.7 J/g，而CuS能 提高復合相變材料的光熱轉換性能。Zhou Xiang  fa 70 等以石蠟作為蓄熱材料和多孔二氧化硅陶瓷 作為支撐材料，制備出定型復合相變材料。研究 表明：當溫度在石蠟熔點之上時，復合相變材料固 相達到75%并無液相泄漏，其熔點和潛熱值分別為 56.3 ，165.16 kJ/kg。從研究的情況來看，目前石蠟 類蓄熱材料多與多孔材料復合，所得的復合材料不 僅能夠提高導熱率，又可增強復合材料儲熱能力和 熱穩(wěn)定性，利用多孔吸附材料還能夠有效解決石蠟 液相泄漏問題，這也是未來發(fā)展的需求 71-74 。固-液相變材料中非石蠟類有機相變材料應用 最多的就是脂肪酸類，其相變溫度在-5 71 之間,相變潛熱值范圍為45 kJ/kg-210 kJ/kg 75 。脂肪 酸類相變儲熱材料具有良好的熱循環(huán)穩(wěn)定性、儲能 密度大、無過冷和析出現(xiàn)象、無毒、無腐蝕性等優(yōu) 勢,但也存在著導熱系數(shù)小、價格較高等缺陷 76 。 表5給出了部分脂肪酸物質的熱物性。孟新 77 等將癸酸、月桂酸和棕櫚酸的三元共晶 混合物作為相變材料，吸附于多孔結構的膨脹石 墨，制備出三元脂肪酸/膨脹石墨復合定形相變材 料。其熔融焓高達140 J/g，材料的導熱率可增至 0.738 W/(m K)。付路軍 78 等將癸酸(CA)分別與月 桂酸(LA)、肉豆蔻酸(MA)和棕櫚酸(PA)復合制備 了三種二元低共熔脂肪酸儲能材料。其相變溫度 在20 -25 之間，相變焓均大于130 J/g?；?CA-MA優(yōu)異的性能，將二元脂肪酸與多孔SiO 2 材 料復合制備出CA-MA/SiO 2 復合材料,其相變溫度 為20.96 ，相變焓為70.17 J/g。陶柳實 79 等以金 表4  部分常見石蠟的熱物性 64 Tab.4 The thermal properties of common paran wax 64 Carbon number Melting point / Enthalpy of phase change /J g -1 Density /(kg m -3 ) 14 5.5 226 771 16 16.7 237 776 18 28 243 778 20 36.7 247 778 22 44.4 249 780 24 51.5 253 780 26 56.1 256 780 28 61.1 253 780 30 65.5 251 780 張森景 等：溫室墻體用蓄熱新材料的發(fā)展 534 2018 年 10 月 屬有機骨架(IRMOF-3)為模板，與 NaCl 共混碳化 在1000 下制備出多孔碳材料，將硬脂酸通過物 理共混和浸漬法制備出硬脂酸/多孔碳復合相變材 料。其在相變溫度下?lián)碛泻芎玫臒岱€(wěn)定性，經(jīng)過50 次循環(huán)其潛熱無明顯變化且不發(fā)生泄漏，熔化焓和 結晶焓分別達到155 J/g、160 J/g。 4   化學蓄熱化學蓄熱材料主要可以分為金屬氫氧化物、金 屬氫化物、金屬碳酸鹽、結晶水合物、金屬鹽氨合 物等 80 ?；瘜W反應蓄熱是利用可逆化學反應通過熱 能與化學熱的轉化來進行儲能蓄熱的 81 。通過可逆 反應，從而實現(xiàn)對外的吸熱或放熱。這種材料相比 其他兩種類型材料主要優(yōu)點是蓄熱量大、儲熱密度 高，不需要復雜的儲能罐，并且可以長期儲存熱 量。 但化學蓄熱的主要缺陷是反應的過程復雜， 操作技術要求高，存在一定的不安全因素，且原料 價格一般不低，所以在建筑方面一直沒有有效的應 用 82-84 。王智輝 85 在熱化學蓄熱系統(tǒng)研究進展中指 出，雖然熱化學蓄熱材料具有相當高的儲能密度， 是顯熱蓄熱材料的8-10倍以上、潛熱蓄熱的兩倍 以上，但過程總體復雜、一次性投資較大、整體效 率較低、安全性要求較高。Mitsuhiro Kubota 86 等研 究發(fā)現(xiàn)一水氫氧化鋰在337 K以下發(fā)生脫水反應時 會伴隨著1440 kJ/kg吸熱反應，并采用熱重分析法 對脫水反應做出分析。研究表明這種反應系統(tǒng)比化 學熱泵蓄熱更優(yōu)，但這種化學蓄熱能否在室溫下也 發(fā)生強吸熱反應還需要進一步研究。Ting Xian Li 87 等對CaCl 2 -NH 3 采用熱化學固-氣吸附系統(tǒng)，用于 太陽能熱能源的季節(jié)性儲存時顯示，當環(huán)境溫度為 0 時，系統(tǒng)的制熱能效比可達到0.6，相應材料儲 能密度達到1043 kJ/kg，再次說明化學蓄熱材料具 有很強的開發(fā)應用的優(yōu)異性能。 5   總結與展望隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，對能源的需求也不 斷增加，如何發(fā)展廉價高效的蓄熱材料是當今溫室 大棚墻體材料發(fā)展的重點。本文闡述了幾種典型蓄 熱材料的特點，并對當前具有發(fā)展?jié)摿Φ南嘧冃顭?材料做出分析，希望為今后蓄熱材料的發(fā)展提供一 些參考。(1)雖然目前受經(jīng)濟原因的束縛，單一型顯熱材 料還在許多落后農村地區(qū)使用，但隨著經(jīng)濟的發(fā) 展，具有高消耗的顯熱材料會隨著環(huán)保新材料的開 發(fā)逐漸被替代。(2)從目前蓄熱材料的發(fā)展來看，未來相變材料 仍是發(fā)展的重點，針對有機固-固相變材料應盡可 能地提高相變焓及材料密度，大力發(fā)展有機復合材 料，增強導熱性能，提高相變速率。針對固-液相 變材料應進一步解決相分離和過冷現(xiàn)象問題，增大 相變潛熱值和儲能密度。多孔吸附材料不僅能作為 部分增稠劑解決相分離現(xiàn)象又能解決液相泄漏問 題，所以應對相變材料與輔助材料的相容性做進一 步研究，尋找更合適高效的多孔吸附材料，進一步 解決液相泄漏問題及過冷和相分離現(xiàn)象，著重提高 與相變基材復合后的相變焓，提高量化發(fā)展。(3)化學蓄熱材料具有十分高的潛熱價值，但由 于化學蓄熱技術在建筑領域的應用還僅僅處于研究 和嘗試階段。如何增強化學蓄熱材料的熱穩(wěn)定性， 簡化反應器的裝置是發(fā)展的方向。 參考文獻： 1 張潔. 楊凌地區(qū)不同蓄熱墻體日光溫室性能比較與分析D.  楊凌: 西北農林科技碩士學位論文, 2016. 2 宋婧, 曾令可, 任雪潭, 等. 蓄熱材料的研究現(xiàn)狀及展望J. 陶 瓷, 2007, (01): 5-10. 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