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【摘 要】基于我国近年来，针对相变材料与传统的建筑材料复合进行的研究，不仅提升了建筑材料功能、降低建筑能耗和调整建筑室内环境舒适度，而且还促进了相变材料在建筑节能中的大量应用。本文中结合相变材料和有机相变材料在国内建筑领域应用的研究现状，主要针对有机相变材料的应用研究进行了分析，以供参考。
【关键词】有机相变材料；建筑节能领域；应用
一、相变材料概述
（一）相变材料内涵
相变材料是利用物质相变过程中的吸热或放热进行潜热储存，与传统的显热储能材料、化学反应储能材料相比，相变材料具有储能密度较大、储热和放热过程近似恒温、易于运行控制等优点，因此，已在太阳能热利用、农业温室、电力的“移峰填谷”、工业余热或废热的回收利用以及工业与民用建筑采暖和空调节能等多个领域得到了广泛应用。
相变材料作为一类高效的储能物质，通过与传统的建筑材料复合，既可以提升建筑材料功能、降低建筑能耗和调整建筑室内环境舒适度，又能够将可利用的热能以相变潜热的形式进行储存，从而实现可利用的热能在不同时间和不同空间的储存与转换。相变材料与传统的建筑材料复合主要包括相变储能石膏板、相变储能混凝土、建筑保温隔热材料、相变储能地板或天花板以及相变储能砂浆等，目前已在建筑节能中得到了日益增多的应用并具有良好的发展前景，其研究、应用也一直是能源领域中的热点之一。
（二）相变原理
相是物质的一种确定原子结构形态，均匀同性称为相。物质有3种基本的相：气相、液相和固相。随着温度的变化，物质的相会发生变化，称为相变过程。相变材料由液相变成固相时，可向周围环境释放大量潜热；而由固相变为液相时，可从周围环境吸收大量潜热，从而达到调节周围环境温度的目的。而在整个相变过程中，材料自身的温度几乎维持不变。在建筑中，我们可以充分利用相变材料的这种特性，达到节能的目的。
（三）相变材料的分类：
按照其相变过程可分为固——固相变、固——液相变、固——气相变和液——气相变材料四种，目前应用较多的是固——液相变材料。
按照其化学组成可分为无机相变材料、有机相变材料和复合相变材料。无机物相变储能材料主要包括结晶水合盐类、熔融盐类、金属及其合金和氟化物等。目前比较常用的无机物相变材料是结晶水合盐，其具有导热系数大、单位体积的储热密度大，价格比较便宜等特点。常用的有机物相变储能材料有多元醇、石蜡、高级脂肪烃类、脂肪酸或酯或盐类、芳香烃类、酰胺类等等；其中最典型、最常用的材料是石蜡，具有相变潜热高、化学性质稳定、无腐蚀性、熔点跨度大、价格低廉等优点，在与普通建筑材料掺杂复合后，便可用于制备相变储热墙板。但是石蜡作为相变储能材料也存在储能密度较小和导热系数的缺点。
二、有机相变材料在国内建筑领域应用的研究现状
有机相变材料主要是指石蜡、脂酸类以及某些醇类、芳香烃类化合物等。在建筑领域常用的有机相变材料主要包括石蜡类和脂酸类有机物。如今，有机材料相变蓄热领域在国内已经取得了诸多专利成果。有机相变材料在墙体储能以及太阳能利用等方面应用的比较广泛，因为具有相变温度较低的特点，使得在低温供暖及工业余热供暖等建筑节能领域存在着很强的优势，因此在此方面的应用领域还可以再进一步扩展。
三、有机相变材料的应用研究
（一）建筑围护结构
随着建筑节能的开展，我国对围护结构的节能研究越来越重视，并且已形成很多的研究成果并加以应用。最初对于相变材料的构想是将其做成添加层的形式加入到天花板或地板里，用以调节温度。这样做会使得基材的力学性能下降很多，因此最终没能付诸实践。最初对相变材料加以尝试的方法是将其直接渗入到基材中，或者采用浸泡的方式让两者混合在一起，这样的技术操作工艺并不复杂简单，相关的报道也有很多。只是，这些方法会使相变材料在耐久性、腐蚀、渗漏方面存在很多问题，并且建筑强度也会有很强程度的下降，因此不可能达到市场化。
（二）太阳能领域
相变材料在太阳能热泵中的应用作为一种可再生能源，太阳能的充分利用有利于建筑节能的实现。但因为有连续阴雨天的天气，因此，如果仅利用太阳能热泵技术，虽然可以实现节能目标，但不稳定，影响使用效果。如果能利用相变材料的特性，将热量储存在相变蓄热水箱中，就可使太阳能热泵系统的稳定性得以很大的提高。
相变材料在太阳能热泵系统应用时，主要的设备是储热水箱。相变蓄热材料封装在聚乙烯塑料内并置于换热器上，水箱中的水与盛装相变蓄热材料的塑料小桶进行热交换，同时塑料容器与蛇形盘管中的载热介质进行热交换，把热量传递给系统。
太阳能热泵蓄热系统的运行方式主要根据天气情况和系统运行情况来确定。当太阳辐射较强，室外温度较高时，室内不需要供暖，此时太阳能集热器收集的太阳能全部储存在相变蓄热水箱中；当太阳能集热器收集的热量除直接向建筑物供暖还有剩余时，剩余的热量就储存在相变蓄热水箱中；在夜晚或阴雨天没有太阳辐射的时候，蓄热水箱在白天蓄存的热量足够多且载热介质温度足够高，即可利用相变蓄热水箱直接供暖；如果载热介质温度达不到直接供暖的要求，则载热介质可作为热泵的低温热源，用太阳能热泵进行供暖。
（三）空气调节系统
空调中的应用相变材料主要为中央空调，它是通过建筑管道送风的。我国推行的错峰电价制度具备很强的应用价值。当电价处于低峰时，空调机组就会启动，将制得的冷、热气储存到调节层中；而一旦处于电价高峰时，就没必要启动空调了，只需要打开调节层的出气口就可以了，这样便能够有效地节省电费，并且还能够依据室内是否有人留意开关进出气口。因为相变材料具备调温作用，这样也就使得室内日最高温度的出现时间推迟了3h。不仅空调可以利用相变材料进行节能，地热系统也可以。通过室外模拟试验显示，因为有阳光的照射，阳光下的地面比阴影下的地面温度高出了8℃，倘若通过覆盖地毯进行保温，温差就能够达15℃，减少能量损失30%。随着地毯越来越厚，加上所存储能量与厚度并没有呈线形关系，所以，地热节能仍然存在着很大的潜力。 （四）工业领域
热泵干燥通常需要具备稳定的温度，当这部分热能被直接排放掉后，可以用石蜡来回收这部分能量以免实现循环使用，这样就能够很明显地降低热泵的功耗了。国内为此还开发了回收转炉电炉和干法熄焦中余热的装置，纷纷取得了可观的经济效益和社会效益。现如今，国内的工业热回收的实现主要依靠耐火材料吸收显热加以完成，这样一来不仅使得大量的潜热被浪费，而且耐火材料在占地体积和价格方面都不不能显示出优势，因此，运用相变材料是未来发展的趋势。对于电力调峰的情况，国外很早就用工业石蜡进行了电力凋峰的报道。因为我国热电效率不高，存在严重的污染，并且峰谷存在着很明显的差异，因此热电联产技术便能够很好的提高能源的利用率，使得污染排放减少，这样就会具备很高的推广应用价值了。为此，国内有学者设计了双向转移的电力峰值转换系统，采用相变材料为其储备能量，只是一直还未在工业上出现报道。就目前来看，国内外实际应用相变材料来进行工业节能的经验还不多，但是因为工业耗能大，节能的潜力高已经成为了不争的事实。对于我国高能耗、低产出的工业模式来说，具备很强的现实意义，因此应该加大应用研究的力度，尽快试点，推广这一技术。
（五）在废热利用中的应用
工业余热存在着巨大的回收潜力。将废热回收利用，既能节约能源、减少CO2排放，又能减轻热污染、保护环境，对节能具有重要的意义。
相变材料回收工业余热系统包括3个子系统：储热系统、运输系统及放热系统。工业废水或烟气为余热源，而城市的宾馆、洗浴等更低品位热能需求用户为热用户。在储热系统中，余热由相变材料通过相变储存，通过运输系统将回收的余热运输到城市热用户；在放热系统中，通过相变材料的相变将余热释放给热用户。
结束语
综上所述，随着人们生活水平的提高，建筑能耗占社会总能耗的比例越来越高，建筑节能技术的研究与应用也越来越重要。目前，有很多的建筑节能技术，其中，合理地应用建筑储能材料是降低能耗的有效措施之一。有机相变材料能够在一定温度范围内储存和释放热量，从而可以调节周围环境温度，降低能耗，达到节能的目的。同时有机相变材料在应用过程中也存在耐久性差及成本高的问题，因此，还需在耐久性和经济性上加强对相变材料的研究；此外，相变建筑材料产品标准与建筑节能评价指标尚不健全，因此，还需要在建设实践过程中逐步建立完善。只有耐久性提高、成本降低，并且形成完整的评价指标体系，才能使相变材料更好地服务于建筑节能。
参考文献：
[1]李翠敏，赵加宁.有机相变材料在建筑节能领域的应用研究[J].暖通空调，2011，09：68-73.
[2]胡承宇.分析有机相变材料在建筑节能领域的应用研究[J].企业导报，2013，08：291.
[3]张巨松，金亮，吴晓丹.相变材料发展及在建筑节能工程中的应用[J].辽宁建材，2010，02：38-45.
[4]王结良，李萌，张五龙，陈宏书.有机相变材料应用的研究进展[J].材料导报，2010，19：61-65.
[5]费逸伟，马晓宇，佟丽萍，杨宏伟.有机相变材料在节能领域的应用研究[J].太阳能，2010，11：31-35+21.
[6]王磊，熊军.相变储能材料在建筑节能中的应用研究[J].建材世界，2010，03：4-6+9.
【关键词】有机相变材料；建筑节能领域；应用
一、相变材料概述
（一）相变材料内涵
相变材料是利用物质相变过程中的吸热或放热进行潜热储存，与传统的显热储能材料、化学反应储能材料相比，相变材料具有储能密度较大、储热和放热过程近似恒温、易于运行控制等优点，因此，已在太阳能热利用、农业温室、电力的“移峰填谷”、工业余热或废热的回收利用以及工业与民用建筑采暖和空调节能等多个领域得到了广泛应用。
相变材料作为一类高效的储能物质，通过与传统的建筑材料复合，既可以提升建筑材料功能、降低建筑能耗和调整建筑室内环境舒适度，又能够将可利用的热能以相变潜热的形式进行储存，从而实现可利用的热能在不同时间和不同空间的储存与转换。相变材料与传统的建筑材料复合主要包括相变储能石膏板、相变储能混凝土、建筑保温隔热材料、相变储能地板或天花板以及相变储能砂浆等，目前已在建筑节能中得到了日益增多的应用并具有良好的发展前景，其研究、应用也一直是能源领域中的热点之一。
（二）相变原理
相是物质的一种确定原子结构形态，均匀同性称为相。物质有3种基本的相：气相、液相和固相。随着温度的变化，物质的相会发生变化，称为相变过程。相变材料由液相变成固相时，可向周围环境释放大量潜热；而由固相变为液相时，可从周围环境吸收大量潜热，从而达到调节周围环境温度的目的。而在整个相变过程中，材料自身的温度几乎维持不变。在建筑中，我们可以充分利用相变材料的这种特性，达到节能的目的。
（三）相变材料的分类：
按照其相变过程可分为固——固相变、固——液相变、固——气相变和液——气相变材料四种，目前应用较多的是固——液相变材料。
按照其化学组成可分为无机相变材料、有机相变材料和复合相变材料。无机物相变储能材料主要包括结晶水合盐类、熔融盐类、金属及其合金和氟化物等。目前比较常用的无机物相变材料是结晶水合盐，其具有导热系数大、单位体积的储热密度大，价格比较便宜等特点。常用的有机物相变储能材料有多元醇、石蜡、高级脂肪烃类、脂肪酸或酯或盐类、芳香烃类、酰胺类等等；其中最典型、最常用的材料是石蜡，具有相变潜热高、化学性质稳定、无腐蚀性、熔点跨度大、价格低廉等优点，在与普通建筑材料掺杂复合后，便可用于制备相变储热墙板。但是石蜡作为相变储能材料也存在储能密度较小和导热系数的缺点。
二、有机相变材料在国内建筑领域应用的研究现状
有机相变材料主要是指石蜡、脂酸类以及某些醇类、芳香烃类化合物等。在建筑领域常用的有机相变材料主要包括石蜡类和脂酸类有机物。如今，有机材料相变蓄热领域在国内已经取得了诸多专利成果。有机相变材料在墙体储能以及太阳能利用等方面应用的比较广泛，因为具有相变温度较低的特点，使得在低温供暖及工业余热供暖等建筑节能领域存在着很强的优势，因此在此方面的应用领域还可以再进一步扩展。
三、有机相变材料的应用研究
（一）建筑围护结构
随着建筑节能的开展，我国对围护结构的节能研究越来越重视，并且已形成很多的研究成果并加以应用。最初对于相变材料的构想是将其做成添加层的形式加入到天花板或地板里，用以调节温度。这样做会使得基材的力学性能下降很多，因此最终没能付诸实践。最初对相变材料加以尝试的方法是将其直接渗入到基材中，或者采用浸泡的方式让两者混合在一起，这样的技术操作工艺并不复杂简单，相关的报道也有很多。只是，这些方法会使相变材料在耐久性、腐蚀、渗漏方面存在很多问题，并且建筑强度也会有很强程度的下降，因此不可能达到市场化。
（二）太阳能领域
相变材料在太阳能热泵中的应用作为一种可再生能源，太阳能的充分利用有利于建筑节能的实现。但因为有连续阴雨天的天气，因此，如果仅利用太阳能热泵技术，虽然可以实现节能目标，但不稳定，影响使用效果。如果能利用相变材料的特性，将热量储存在相变蓄热水箱中，就可使太阳能热泵系统的稳定性得以很大的提高。
相变材料在太阳能热泵系统应用时，主要的设备是储热水箱。相变蓄热材料封装在聚乙烯塑料内并置于换热器上，水箱中的水与盛装相变蓄热材料的塑料小桶进行热交换，同时塑料容器与蛇形盘管中的载热介质进行热交换，把热量传递给系统。
太阳能热泵蓄热系统的运行方式主要根据天气情况和系统运行情况来确定。当太阳辐射较强，室外温度较高时，室内不需要供暖，此时太阳能集热器收集的太阳能全部储存在相变蓄热水箱中；当太阳能集热器收集的热量除直接向建筑物供暖还有剩余时，剩余的热量就储存在相变蓄热水箱中；在夜晚或阴雨天没有太阳辐射的时候，蓄热水箱在白天蓄存的热量足够多且载热介质温度足够高，即可利用相变蓄热水箱直接供暖；如果载热介质温度达不到直接供暖的要求，则载热介质可作为热泵的低温热源，用太阳能热泵进行供暖。
（三）空气调节系统
空调中的应用相变材料主要为中央空调，它是通过建筑管道送风的。我国推行的错峰电价制度具备很强的应用价值。当电价处于低峰时，空调机组就会启动，将制得的冷、热气储存到调节层中；而一旦处于电价高峰时，就没必要启动空调了，只需要打开调节层的出气口就可以了，这样便能够有效地节省电费，并且还能够依据室内是否有人留意开关进出气口。因为相变材料具备调温作用，这样也就使得室内日最高温度的出现时间推迟了3h。不仅空调可以利用相变材料进行节能，地热系统也可以。通过室外模拟试验显示，因为有阳光的照射，阳光下的地面比阴影下的地面温度高出了8℃，倘若通过覆盖地毯进行保温，温差就能够达15℃，减少能量损失30%。随着地毯越来越厚，加上所存储能量与厚度并没有呈线形关系，所以，地热节能仍然存在着很大的潜力。 （四）工业领域
热泵干燥通常需要具备稳定的温度，当这部分热能被直接排放掉后，可以用石蜡来回收这部分能量以免实现循环使用，这样就能够很明显地降低热泵的功耗了。国内为此还开发了回收转炉电炉和干法熄焦中余热的装置，纷纷取得了可观的经济效益和社会效益。现如今，国内的工业热回收的实现主要依靠耐火材料吸收显热加以完成，这样一来不仅使得大量的潜热被浪费，而且耐火材料在占地体积和价格方面都不不能显示出优势，因此，运用相变材料是未来发展的趋势。对于电力调峰的情况，国外很早就用工业石蜡进行了电力凋峰的报道。因为我国热电效率不高，存在严重的污染，并且峰谷存在着很明显的差异，因此热电联产技术便能够很好的提高能源的利用率，使得污染排放减少，这样就会具备很高的推广应用价值了。为此，国内有学者设计了双向转移的电力峰值转换系统，采用相变材料为其储备能量，只是一直还未在工业上出现报道。就目前来看，国内外实际应用相变材料来进行工业节能的经验还不多，但是因为工业耗能大，节能的潜力高已经成为了不争的事实。对于我国高能耗、低产出的工业模式来说，具备很强的现实意义，因此应该加大应用研究的力度，尽快试点，推广这一技术。
（五）在废热利用中的应用
工业余热存在着巨大的回收潜力。将废热回收利用，既能节约能源、减少CO2排放，又能减轻热污染、保护环境，对节能具有重要的意义。
相变材料回收工业余热系统包括3个子系统：储热系统、运输系统及放热系统。工业废水或烟气为余热源，而城市的宾馆、洗浴等更低品位热能需求用户为热用户。在储热系统中，余热由相变材料通过相变储存，通过运输系统将回收的余热运输到城市热用户；在放热系统中，通过相变材料的相变将余热释放给热用户。
结束语
综上所述，随着人们生活水平的提高，建筑能耗占社会总能耗的比例越来越高，建筑节能技术的研究与应用也越来越重要。目前，有很多的建筑节能技术，其中，合理地应用建筑储能材料是降低能耗的有效措施之一。有机相变材料能够在一定温度范围内储存和释放热量，从而可以调节周围环境温度，降低能耗，达到节能的目的。同时有机相变材料在应用过程中也存在耐久性差及成本高的问题，因此，还需在耐久性和经济性上加强对相变材料的研究；此外，相变建筑材料产品标准与建筑节能评价指标尚不健全，因此，还需要在建设实践过程中逐步建立完善。只有耐久性提高、成本降低，并且形成完整的评价指标体系，才能使相变材料更好地服务于建筑节能。
参考文献：
[1]李翠敏，赵加宁.有机相变材料在建筑节能领域的应用研究[J].暖通空调，2011，09：68-73.
[2]胡承宇.分析有机相变材料在建筑节能领域的应用研究[J].企业导报，2013，08：291.
[3]张巨松，金亮，吴晓丹.相变材料发展及在建筑节能工程中的应用[J].辽宁建材，2010，02：38-45.
[4]王结良，李萌，张五龙，陈宏书.有机相变材料应用的研究进展[J].材料导报，2010，19：61-65.
[5]费逸伟，马晓宇，佟丽萍，杨宏伟.有机相变材料在节能领域的应用研究[J].太阳能，2010，11：31-35+21.
[6]王磊，熊军.相变储能材料在建筑节能中的应用研究[J].建材世界，2010，03：4-6+9.