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热化学吸附储热系统作为一种具有广泛应用前景的新兴技术,可以用来解决能源供需在时间、空间和强度上的不匹配,有助于提高可再生能源的综合利用率,推进能源脱碳化的进程。在利用低品位太阳能和工业余热的温度范围内,热化学吸附储热系统的典型工质对主要是无机盐/水和无机盐/氨。考虑到安全和成本因素,应用于建筑物热能储存的研究主要集中于无机盐/水工质对。然而,无机盐/水工质对在实际的热化学吸附储热应用中仍面临反应速率慢（蓄放热性能差）、体积变化（膨胀或收缩）以及形态变化（颗粒的团聚和潮解）等问题,最终导致材料性能恶化和反应性能不稳定。这些宏观问题本质上是微观水平上的问题的放大和衍射。因此,了解无机盐/水工质对在热化学吸附过程中的微观机理,有针对性地在储热系统宏观水平上予以优化,使之高效稳定地运行是低温热化学吸附储热技术走向广泛应用的关键。本文通过对常用的无机盐/水工质对进行文献综述和对比,选择K2CO3/H2O工质对,利用第一性原理和分子动力学的分子模拟技术进行微观水合行为的研究,根据对微观研究结果的认识,选择适合的基质,完成复合吸附储热材料的制备、优选以及性能表征,进一步建立其吸附过程的数值模型,搭建实验台对模型进行验证,最后利用数值仿真对其吸附性能进行多因素分析。具体的工作内容如下:（1）首先对国内外的研究现状进行归纳和梳理。以材料分类为基准,对不同种类的水合盐材料,分别进行了材料特性、反应器性能以及系统优化三方面的文献综述,并最终选择了K2CO3/H2O工质对作为本文研究的吸附储热材料。（2）采用密度泛函理论的第一性原理方法研究了K2CO3表面水合的分子行为,揭示了K2CO3表面水合的微观机理。通过理论计算,得到了不同覆盖率下水分子在K2CO3特定晶面的吸附构型、电子结构性质、热力学性质以及氢键性质。结果表明,在K2CO3表面水合过程中,电子从K2CO3表面的钾原子转移到水分子上,该过程属于化学吸附,通过氢键和离子键共同作用完成。K2CO3/H2O界面体系在不同水覆盖率下的热力学性质表明,即使水覆盖率增加,K2CO3表面仍然具有亲水性,诠释了K2CO3具有很强的吸湿性。由于具有更有利的水-表面和水-水的相互作用,在1.0单层（ML）水覆盖率下的K2CO3/H2O界面体系的吸附构型最稳定,该构型中四个水分子通过氢键形成了首尾相连的线性水链。此外,相邻分子层之间的距离随着水覆盖率的增加而增加,但距离之间的差异逐渐变小并趋于恒定,这些变化说明了K2CO3在早期水合中发生了膨胀,在微观尺度上解释了实验观察到的现象。（3）基于ReaxFF力场的分子动力学模拟方法研究了K2CO3表面水合的分子动力学特性,获得了不同温度和不同覆盖率下水分子在K2CO3特定晶面的浓度分布曲线,径向分布函数,表面吸附的水分子数量、转化率、均方根位移、自扩散系数以及氢键性质。结果表明,K2CO3表面水分子的有序性随水覆盖率的增加而降低,在高水覆盖率下K2CO3表面出现了局部溶解。不同覆盖率下水分子在K2CO3/H2O界面体系的自扩散系数存在差异,在0.5ML和1.0 ML时分别获得了最小值和最大值。此外,高温对水分子在K2CO3表面的吸附存在负面效应,当水覆盖率恒定时,降低温度有利于提高K2CO3表面的水合转化率。K2CO3/H2O界面体系中存在HB1型（OS…HW）和HB2型（OW…HW）两种类型的氢键,它们在K2CO3表面的水合中存在竞争,其中HB2型氢键的形成是造成K2CO3表面潮解的主要原因。为了改善吸附效果和避免潮解,应尽可能促进HB1型氢键的形成,并抑制HB2型氢键的形成。研究结论为K2CO3/H2O工质对选择合适的基质构建复合吸附储热材料提供了理论基础。（4）通过对微观研究结果的认识,选择膨胀蛭石作为基质材料,采用溶液浸渍法制备了膨胀蛭石-K2CO3（EVPC）复合材料,并对其水合和脱水过程进行了实验研究。结果表明,EVPC复合材料可以解决K2CO3单体材料水合的潮解问题,并且仍然保持着K2CO3单体材料的基本特性,因此可以用K2CO3单体材料的分析方法对EVPC复合材料的性能进行分析。通过DSC实测、分子动力学模拟和理论计算三种方法对EVPC复合材料的储热性能进行综合评估,最终得到含盐量为67.4%的EVPC40复合材料的储热性能最佳,在30℃和60%RH的条件下,其吸水量为0.68 g/g,平均质量储能密度为0.49 k Wh/kg,体积储能密度为173 k Wh/m~3,是一种具有应用前景的热化学吸附储热材料。（5）利用扫描电子显微镜、全自动压汞仪、智能重量分析仪、导热系数仪和差式扫描量热仪等表征手段对具有最佳含盐量的EVPC40复合材料的微观结构、孔隙率、孔径、粒径分布、导热系数、定压比热容、平衡吸附性能、吸附动力学以及循环稳定性等性能进行了表征。根据实验结果和理论分析,获得了平衡吸附量、水合热的表达式及吸附动力学模型,为后续反应器的仿真和应用分析提供了基础数据。（6）基于开式系统的概念,以填充床式吸附反应器为研究对象,建立质量传递、动量传递、热量传递及吸附动力学的数值模型,借助COMSOL多物理场仿真软件进行模拟计算,解决了EVPC40复合吸附储热材料在吸附过程中的传热和传质的耦合问题。通过搭建实验室规模的热化学储热测试系统,验证了数值模型的有效性。（7）基于COMSOL数值仿真,研究了EVPC40填充床式吸附反应器在不同外部条件（如进口空气温度、相对湿度和风速等）和内部条件（如孔隙率、颗粒尺寸和衰减系数等）下的吸附性能。在此基础上,提出一种可行的应用模式,以独户住宅为例,结合TRNSYS仿真对EVPC40复合吸附储热材料在跨季节储热和短期储热两种模式下的性能进行了分析。