節(jié)能減排“黑科技”！ —— 相變儲(chǔ)能在現(xiàn)代建筑中的神奇應(yīng)用
文章來源：新能源網(wǎng) 更新時(shí)間：2025-03-27 15:03:47
在當(dāng)今全球追求可持續(xù)發(fā)展的大背景下，建筑行業(yè)的節(jié)能創(chuàng)新成為了至關(guān)重要的課題。能源的高效利用和環(huán)境的友好保護(hù)，已經(jīng)成為我們必須面對和解決的重大挑戰(zhàn)。而在眾多的創(chuàng)新解決方案中，相變儲(chǔ)能材料正逐漸嶄露頭角，為建筑節(jié)能帶來了新的希望和突破。
隨著城市化進(jìn)程的加速和人們對生活品質(zhì)要求的不斷提高，建筑能耗日益攀升。如何有效地降低建筑能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，同時(shí)又能保障室內(nèi)環(huán)境的舒適與健康，成為了擺在我們面前的緊迫任務(wù)。相變儲(chǔ)能材料的出現(xiàn)，仿佛是黑暗中的一束光，為我們照亮了前行的道路。
它不僅僅是一種材料，更是一種理念的革新，一種對傳統(tǒng)建筑節(jié)能方式的挑戰(zhàn)和超越。這種神奇的材料，憑借其獨(dú)特的性能和工作原理，正在悄然改變著建筑領(lǐng)域的能源格局。接下來，讓我們深入探索相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能中的奧秘，了解它是如何發(fā)揮作用，為我們創(chuàng)造更加綠色、舒適和節(jié)能的建筑環(huán)境。
01、相變儲(chǔ)能材料的節(jié)能原理
相變儲(chǔ)能材料為建筑節(jié)能提供了創(chuàng)新且有效的解決方案。其節(jié)能原理主要基于獨(dú)特的相變特性，在相變過程中會(huì)吸收或釋放大量潛熱，自身溫度基本不變。
以常見的石蠟類相變材料為例，夏季白天室外溫度高，墻體溫度達(dá)相變材料相變溫度時(shí)，材料吸熱熔化，儲(chǔ)存多余熱量，避免室內(nèi)溫度驟升；夜間室外溫度降低，墻體溫度隨之下降，相變材料凝固放熱，維持室內(nèi)溫度穩(wěn)定。冬季原理類似，白天吸收熱量，夜間釋放，減少室內(nèi)熱量散失。
這種通過相變吸熱和放熱調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的特性，能降低建筑冷熱負(fù)荷，減少空調(diào)和采暖設(shè)備使用時(shí)間與能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。
02、相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能方面的體現(xiàn)
（一）調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度
相變儲(chǔ)能材料能在溫度升高時(shí)吸熱、相變，降低室內(nèi)溫度上升速度；溫度降低時(shí)釋放熱量，減緩室內(nèi)溫度下降，穩(wěn)定室內(nèi)溫度，減少空調(diào)或采暖設(shè)備頻繁啟動(dòng)，降低能耗。
將相變儲(chǔ)能材料摻入建筑墻體材料，如石膏板、混凝土等，可顯著提高墻體隔熱性能，減少熱量傳遞，降低建筑物冷熱負(fù)荷。
利用夜間低谷電價(jià)時(shí)段電能冷卻或加熱相變儲(chǔ)能材料，白天高峰電價(jià)時(shí)段釋放儲(chǔ)存的冷量或熱量，實(shí)現(xiàn)“移峰填谷”，降低建筑運(yùn)行成本，提高能源整體利用效率。
有效平抑室內(nèi)溫度波動(dòng)，使室內(nèi)溫度更穩(wěn)定、均勻，提高居住者熱舒適度，減少因溫度不適導(dǎo)致的健康問題和工作效率降低。
減少空調(diào)和采暖系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間和強(qiáng)度，顯著降低建筑能源消耗，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能目標(biāo)，減輕對環(huán)境的負(fù)面影響。
03、相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能中的使用方式
（一）融入建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)
1. 墻體內(nèi)嵌：將相變儲(chǔ)能材料直接摻入墻體砂漿、混凝土或保溫材料，形成儲(chǔ)能墻體結(jié)構(gòu)。
2. 屋頂應(yīng)用：添加到屋頂保溫層或防水層，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，減少夏季屋頂熱量吸收。
3. 地板鋪設(shè)：用于地板結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)存和釋放熱量，改善室內(nèi)熱環(huán)境。
1. 相變儲(chǔ)能石膏板：將相變材料封裝在石膏板中，安裝在室內(nèi)墻壁或天花板。
2. 相變儲(chǔ)能磚塊：制作成具有儲(chǔ)能功能的磚塊，用于建筑墻體砌筑。
開發(fā)相變儲(chǔ)能玻璃，將相變材料融入玻璃夾層或涂層，控制室內(nèi)外熱量交換。
（四）與通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)合
相變儲(chǔ)能換熱器安裝在通風(fēng)系統(tǒng)，利用相變材料儲(chǔ)能特性，對進(jìn)入室內(nèi)的空氣預(yù)處理，提高能源利用效率。
如相變儲(chǔ)能床、相變儲(chǔ)能沙發(fā)等，使用中調(diào)節(jié)局部環(huán)境溫度。
實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)建筑具體情況、氣候條件和節(jié)能需求，選擇合適的相變儲(chǔ)能材料和應(yīng)用方式，以達(dá)最佳節(jié)能效果。
04、相變儲(chǔ)能材料與建筑的低碳發(fā)展
相變儲(chǔ)能作為新型儲(chǔ)能方式，是高效的儲(chǔ)能物質(zhì)。通過與建筑物有機(jī)結(jié)合，既能降低建筑能耗、提高室內(nèi)環(huán)境舒適度，又能大量利用可再生能源、提高化石能源利用率。
當(dāng)前，國家大力提倡使用清潔能源和推廣低能耗建筑，為相變儲(chǔ)能行業(yè)帶來發(fā)展黃金期。在北方采暖污染治理中，煤改電項(xiàng)目雖解決部分問題，但老百姓采暖成本升高，鼓勵(lì)使用谷期電的蓄能式電暖氣為相變材料提供發(fā)展機(jī)遇。
在建設(shè)低能耗建筑方面，輕質(zhì)建筑熱惰性低、蓄熱能力差，通過加入相變材料可提升建筑蓄熱能力。相變建材如相變混凝土、相變砂漿、相變地板等蓄熱能力強(qiáng)，單位體積蓄熱密度高，將大力發(fā)展。
相變儲(chǔ)能材料應(yīng)用于建筑主要有“被動(dòng)式應(yīng)用”和“主動(dòng)式應(yīng)用”兩種方式。“被動(dòng)式應(yīng)用”中，相變材料與傳統(tǒng)建筑材料復(fù)合制成相變建材，依靠室溫變化等被動(dòng)吸收/釋放熱量，同種體積相變建材蓄熱量是普通建材的數(shù)倍，在不增加建筑整體承重下實(shí)現(xiàn)蓄熱要求。相變建材包括相變石膏板、相變混凝土、相變砂漿等，已在建筑節(jié)能中較多應(yīng)用且前景良好。“主動(dòng)式應(yīng)用”中，相變材料與太陽能采暖等設(shè)備結(jié)合，成為主動(dòng)蓄能體，可通過換熱裝置和介質(zhì)主動(dòng)調(diào)節(jié)控制。
然而，國內(nèi)外相變儲(chǔ)能建材或構(gòu)件產(chǎn)品發(fā)展遲緩，可能因相變建材成本昂貴、與現(xiàn)有建筑設(shè)計(jì)結(jié)合度不高。相關(guān)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)正推進(jìn)相變建材市場化，建立計(jì)算方法和標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)與現(xiàn)有建筑設(shè)計(jì)融合，創(chuàng)新應(yīng)用形式。
在供暖和制冷行業(yè)，相變儲(chǔ)能發(fā)展較快，國內(nèi)外已有公司將其與基礎(chǔ)業(yè)務(wù)融合，提高系統(tǒng)效率，降低運(yùn)行成本，其作為高效儲(chǔ)能手段受企業(yè)青睞。
05、相變儲(chǔ)能建筑材料的應(yīng)用技術(shù)與展望
隨著全球能源需求增長和環(huán)境問題嚴(yán)峻，提高能源使用效率和減少能耗成為重要議題，建筑領(lǐng)域作為能耗大戶，節(jié)能技術(shù)發(fā)展關(guān)鍵，相變儲(chǔ)能建筑材料作為新興節(jié)能技術(shù)受廣泛關(guān)注。
相變材料能在特定溫度范圍吸收和釋放大量潛熱，利用相變過程實(shí)現(xiàn)能量儲(chǔ)存和釋放，具有儲(chǔ)能密度高、循環(huán)穩(wěn)定性好、溫度調(diào)節(jié)效果好等優(yōu)點(diǎn)，在建筑材料領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。
在建筑領(lǐng)域，相變儲(chǔ)能材料用于墻體、屋頂、地板等構(gòu)件，可降低室內(nèi)溫度波動(dòng)和提高舒適度，還能與太陽能技術(shù)、空調(diào)系統(tǒng)結(jié)合提高能源利用效率和節(jié)能性能。
（四）技術(shù)優(yōu)勢與節(jié)能效果
相變儲(chǔ)能建筑材料節(jié)能優(yōu)勢顯著，能平衡室內(nèi)溫度、降低電網(wǎng)峰值負(fù)荷、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，與其他節(jié)能技術(shù)結(jié)合可更高效利用能源和降低成本。
盡管優(yōu)點(diǎn)眾多，但實(shí)際應(yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)，如性能穩(wěn)定性、壽命、成本需優(yōu)化，施工難度和技術(shù)門檻高，與現(xiàn)有建筑系統(tǒng)兼容性和整合待解決。
加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，優(yōu)化材料配方和制備工藝；創(chuàng)新應(yīng)用技術(shù)，開發(fā)適用不同場景的材料；制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，建立評價(jià)體系；加強(qiáng)政策引導(dǎo)，鼓勵(lì)投入研究和應(yīng)用。
社會(huì)對節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展重視度提高，相變儲(chǔ)能建筑材料市場前景廣闊，建筑節(jié)能減排需求提供應(yīng)用空間，技術(shù)進(jìn)步和成本降低將提高其市場競爭力，未來有望在高端住宅、綠色建筑、智能建筑等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
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