苏丹 胡瑞平

摘 要：隨着现代工业的迅速发展，人类对于能源的需求日益增加，原有石油、煤炭等一次能源越来越无法满足人们日常的能源需求，并且从可持续发展以及对环境的影响来看，继续使用其作为未来的主要能源也是不现实的。因此对于太阳能的开发利用已经迫在眉睫，并且随着现代对于太阳能技术的不断开发、探索，相关产业链的一系列产品性能也越来越得到人们的广泛认同与使用，并且对于环境的影响方面也是一次能源无法比拟的。而其中的应用于采暖的蓄热材料越来越成为行业届关注的焦点。由于相变蓄热在太阳能采暖的应用过程中具有的高蓄热密度、高导热性等优良性能，使其在现代工业太阳能采暖、供暖系统中得到了广泛的使用，并得到市场的一致肯定。接来下作者将在本文着重叙述相变蓄热材料在太阳能采暖应用的当前景况，以及蓄热材料对于太阳能采暖目前的研究成果，及其未来相变蓄热材料的发展趋势与研究方向。

关键词：太阳能;采暖;相变蓄热材料;蓄热技术

1 应用研发背景

在全球工业飞速发展的今天，全球能源紧缺与可持续性越来越成为全世界重视的问题，在这个背景下，如何利用太阳能以及开发相对应的更加节能减材的产品，日益成为人们关注的焦点。从目前人类的认知来看，太阳能具有足够的能源储藏，并且相对来说不受地域坏境的影响，在对于环境的无污染清洁方面具有其他一次能源无可比拟的优势，是目前来看最有潜力的一种能源资源。由于受到人类的科学发展的限制，人类可利用太阳能的方式有光热发电、光伏发电、光化学反应发电以及光热转化等。在这之中由于光热直接利用的高效性、方便性，因此在应用于太阳能采暖方向得到了人们大力发展与研究。尽管具有以上优点，这项技术也不可避免的存在一定的缺陷：太阳光照受到季节、纬度的影响，并且其热能转换效率一直倍受人们所诟病。因此在这个背景下，如何能够可持续的利用太阳能进行采暖，并将多余的热量储存起来，在需要的时候释放成为人们关注的焦点，也正是这个原因，相变蓄热材料应用而生。由于相变蓄热材料具有高蓄热密度、高耐热性等一系列优良性能，使其存在非常广阔的应用场景，并且成为各大院校、研究所的重点研究方向。相变蓄热材料的工作原理是根据物质不同相变之间的过程转化（相变转化需要吸收或释放大量的热量），从而实现能量储存与释放。

2 相变蓄热材料的发展过程与研究现状

由于相变蓄热材料高蓄热密度等优良性能以及热量的储存、回收，在太阳能采暖系统中得到广泛应用。相变蓄热技术由此而演变为以下两种主要的研究方向、种类。

第一、是对材料本身性能的研究，由于材料性能决定了相应的应用场景，因此来说，对于材料本身性能研究是各项研究的重中之重。这种研究主要包括对其物理性质、化学性质、热稳定性、使用周期进行研究。并且在此过程中，也会进行相应的拓展研究，对如何提高箱变材料的热传导性能、热塑性也有一定的分析。

第二、由于光热直接利用技术存在着能量转换效率低的问题，因此，如何提高转换效率，研发优化热能转换装置，强化蓄热器的热损失，也成为蓄热箱变材料主要的研究方向与未来发展的趋势。

上世纪改革开放以后，我国才逐步建立起属于自己的一系列相变蓄热材料的研究。并且主要是针对无机水合盐材料的研究。然而这种材料具有明显的腐蚀性，因此，在实际应用过程中对于热转换器、热储存器的使用周期具有极其致命的负面作用。

近年来新型复合材料也逐步进入了人们的视野，并且我国科研人员张正国等人，对其物理、化学性质进行了深入浅出的研究，并取得不错的效果。他们研究成果表明，新型复合蓄热裁量相较于以前单一的材料，具有明显的热转换效率，其中相变速率提高15%到25%。并且由于近几十年对于高分子学的充分研究，使人们发现高分子石蜡复合材料对于太阳能蓄热效率的提高有着显著地作用。因此，研究高性能的高分子石蜡符合材料也必将成为未来研究的热点方向。

3 太阳能采暖系统以及相变蓄热材料在太阳能采暖中的应用

太阳能采暖系统分别有太阳能采集器与辅助热源，热量储存以及热量转换设备。工作原理即白天太阳光照较强时，通过集热器进行正常的热量转换，并进行相应的采暖过程，等到晚上光照相对不足时，再通过相对应的辅助热源通过蓄热转换器进行对于热量的补充。太阳能采暖系统相对于其他系统相比具有以下的特点。首先是能够克服在低温下运行的问题，其次具有储热装置提高了能量的利用效率，并且使太阳能能够充分均匀分配在一天当中。最后相对于其他装置，具有污染小，能耗低的特点，对于社会可持续发展具有十分重要的现实作用。

相变蓄热材料在太阳能采暖系统中的应用方式主要分为以下几种：显热蓄热、相变蓄热、热化学蓄能材料。在这之中，相变蓄热利用其材料本身在不同的相便是通过吸收或释放大量的热量来进行能量的储存于释放，并且具有十分高效的蓄热密度、使其在蓄热材料的应用中处于前列。

4 相变蓄热材料的研究热点分析

在相变蓄热储存过程中，尽管其具有蓄热密度高、高耐热性等许多优良性能，然而其导热性能却存在着一定的缺陷，使得人们在过去很长时间之内的相变蓄热材料的研究陷入了一种原地踏步的阶段。然而，随着高分子复合材料学的广泛且快速发展，使得以高导热性材料作材质的复合新材料成为可能，并且也成为目前相变蓄热材料的热点研究方向。

5 展望与总结

随着人类社会对于能源需求的日益增加，以及对于环境保护的日益重视，太阳能作为一次能源以及可再生能源，对于人类未来的能源供应起着十分重要的作用，并且具有十分重要的战略意义，它的市场应用场景广泛，对未来的研究投入有很好的前景。在这一背景基础上，相变蓄热材料与太阳能采暖系统的广泛结合与推广，对于我国未来在太阳能领域的发展起着先决作用，并且对于我们在该领域的研究的领导地位也有一定的促进，除此之外，对于我国探索海绵城市，以及未来可持续发展的千年大计也具有十分重要的现实意义。总之，相变蓄热技术应用于太阳能采暖系统具有十分明朗的前景与广阔的市场。

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