對相變材料在建筑節能領域的研究主要分為以下幾個方面：1)新型相變建筑材料及其構件的研制和性能研究;2)蓄能建材應用方式和效果研究;3)墻體蓄熱和傳熱特性研究。

　　1相變建筑材料的研制和性能研究

　　從20世紀90年代以來，對相變材料的開發已逐步進入實用性階段。相變材料的制備和熱物理特性研究很多，包括新材料配方、相變溫度和潛熱等熱物性測量、熱壽命實驗、多組分材料熱物性研究等。

　　目前國內外應用于建筑節能領域的相變材料主要包括結晶水合鹽類無機相變材料，以及石蠟、羧酸、酯、多元醇和高分子聚合物等有機相變材料。無機相變材料導熱系數大，儲熱密度大，價格便宜，但容易相分離，腐蝕性大;有機相變材料固體狀態時成型性好，不易出現過冷和相分離，腐蝕性小，性能比較穩定，但導熱系數小，密度小，熔點較低，易氧化，需通過添加阻燃劑或封裝的方法改善相變材料的易燃性能。

　　為克服單一的無機類或有機類相變材料存在的缺點，復合型相變材料成為研究熱點。當前復合的方式有兩種：一種是將正烷烴與脂肪酸類、多元醇類相變材料混合，制得一定溫度下的低共融混合物;另一種是將兩種或三種多元醇按一定比例混合，對相變溫度和相變焓進行調節，開發出具有合適相變溫度和相變焓的復合相變材料。

　　相變材料用作建筑構件可將其密封在建筑材料中或直接與建筑材料摻混。前者應用過程中相變材料容易泄漏，通常要使用一些封接劑，德國的Mehling和Hauer介紹了多種能用于建筑蓄能的相變材料產品和封裝技術，認為相變材料在建筑節能中有很好的發展趨勢和前景。

　　定形相變材料是一種新型復合材料，它主要由兩部分構成——作為支撐材料的囊材和作為相變材料的心材。國內外文獻對定形相變材料的制備方法和熱物性及穩定性有較多的研究。

　　2相變材料在被動式建筑中應用效果研究

　　相變材料在建筑中的應用效果研究是當前研究熱點，采用相變材料可以在很大程度上改善圍護結構的熱性能和室內舒適性。很多學者對相變材料的蓄能調溫特性和應用可行性、經濟性進行了研究。

　　按照蓄能方式可分為被動式蓄能和主動式蓄能。被動式太陽能采暖技術的三大要素為：集熱、蓄熱和保溫，在被動式太陽房領域，Dr.Maria Telkes先后在相變材料的配制和性能研究、相變傳熱、相變材料性能改善、相變材料封裝、相變儲能系統設計等方面做了大量工作，并在馬薩諸賽州建起了世界上第一座PCM被動式太陽房。

　　芬蘭的Peippo在直接受益式被動式太陽房的內墻表面添加單層相變材料，通過實驗和數值模擬發現，相變材料應用在被動式太陽房中，減小了室溫波動，可將白天室溫降低4℃，同時提高夜間室溫，有效減小了夜間采暖負荷。他認為采用相變材料不僅節能節資，還可有效提高熱舒適水平。

　　加拿大Concordia大學建筑研究中心的Athienitis在被動式太陽房中使用脂肪烴類相變材料制成墻板，將相變墻板作為測試房的內部墻，其中硬脂酸丁酯的體積百分比為25%，相變材料的相變范圍為16.0～20.8℃，同時采用隱式差分模型模擬分析了相變墻體的瞬態熱傳遞過程。實驗研究和數值模擬分析均表明，相變墻體應用于被動太陽房，白天室溫比常規墻板的低4℃，而夜間其放熱可以延續7小時以上，夜間相變墻體的表面溫度可比普通墻板高3.2℃，使得室溫維持在相變范圍附近，在很大程度上改善了熱舒適性。

　　李愛菊，張仁元在研究中采用軟件ESP-r分析了相變墻板在被動式太陽房中應用，選取相變范圍為13.7～33.3℃、潛熱為11.1～82.4kJ/kg的相變材料，采用有效熱容法計算相變材料的熱傳遞過程，計算結果表明在全年中的春秋季節，相變材料可有效吸收太陽能，降低室內溫度波動。相變材料熔點的選擇與物理模型和室外氣候環境有關，當室溫接近相變材料熔點時，相變材料可充分發揮作用。

　　Dariusz Heim，Joe A.Clarke將熔點為23℃的相變材料添加在被動式太陽房的外墻內壁面，研究發現，增大墻體內壁的對流換熱系數可有效提高相變材料能量的儲存，但會降低房間舒適度。相變材料的成本價格是隨經濟環境變化的，目前文獻中投資回收期的計算僅采用簡單的經濟性分析模型，未考慮其成本隨時間的變化情況。

　　鐘志鵬和林坤平研究了夏季結合夜間通風的相變墻在不同地區的應用效果。討論了通風次數和相變溫度的優化設計方法。晝夜溫差較大是相變材料在此類地區應用的基本條件，但也使得此種應用方法適用地域較少。

　　3相變材料在主動式建筑中的節能效果研究

　　主動式太陽能采暖技術注重太陽能集熱技術和其他采暖技術的結合，太陽能熱水地板采暖系統就是一種有效的解決方案。可在很小的溫度變化范圍內儲存大量熱量，有效減小室內日夜間溫度波動，提高室內環境熱舒適度。

　　葉宏，王軍，莊雙勇等在北京采暖季節對相變蓄能式地板輻射采暖系統進行了實驗研究。該系統采用厚度為2cm、熔點和潛熱分別為21.6℃和37kJ/kg的定形相變材料，同時也對普通地板采暖系統進行了對比實驗。此外，由于相變材料具有較好的蓄熱能力，減少了電加熱系統的啟停，使得室內溫度波動較小。

　　我國許多地方出臺了峰谷電價政策緩解電網負荷過重，使得電加熱地板采暖系統有一定的經濟性。

　　肖偉，王馨，張群力等提出了一種與太陽能空氣集熱器結合的定形相變蓄能地板采暖系統。冷空氣進入相變地板夾層，被加熱后進入房間供暖。通常的太陽能采暖裝置均需配置輔助加熱器以滿足陰天的采暖需要，對于冬季太陽日照時間較短的地區，需考慮系統的太陽能利用率，綜合太陽能采暖系統的初投資和收益進行可行性分析。

　　Guohui Feng，Ruobing Liang，構建了單個內墻為相變材料和普通材料的實驗測試房間，采用戶式空調蓄冷，以溫度、熱流巡檢裝置對房間的溫度場和熱流變化進行測試。國內外對于相變材料在夏季空調工況下的研究較少，在晝夜溫差較小的地區可考慮用空調對相變材料蓄冷，但需采用合理的空調運行控制模式才能獲得較好的節能效果。

　　清華大學的康艷兵將帶相變材料吊頂與夜間通風相結合，提出了夜間通風相變蓄能吊頂系統(簡稱NVP系統)。研究發現，在蘭州、成都、太原，此系統可滿足舒適性要求;在烏魯木齊、北京、西安，需根據用戶要求確定系統是否可行;在廣州，此系統不可行。

　　4相變材料傳熱計算方法研究

　　描述常物性墻體傳熱過程的方程為線性方程，其熱特性的計算方法很多，包括諧波反應法、反應系數法等。相變材料的傳熱方程為非線性，計算結果不能疊加，因此無法用上述方法求解。而且一般的相變傳熱過程無法得到解析解，只能通過數值方法進行計算，如有效熱容法、焓法等。

　　國內外關于相變傳熱的數學模型大都采用焓法模型或有效熱容法。相變傳熱問題的特點在于求解域中存在一個位置隨時間變化的固液界面，相變材料熔融(凝固)現象發生在一個溫度范圍，移動“界面”是模糊的兩相區。文獻[22]利用焓法和有效熱容法對定形相變材料熔解過程給出了比較分析，發現只要在焓法中相變半徑根據DSC實測的結果取值，兩種算法的結果一致。

　　現有相變材料用于建筑節能調溫的實驗和計算模擬研究都是針對具體系統和特定環境進行的，然而相變材料應用于建筑物將伴隨其經歷全年的氣象條件，相變材料能否在全年氣象循環過程中實現其特定的應用效果值得研究。

　　參考文獻：

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　　[6]Stovall T K，Tomlinson J J.What are the potential benefits of including latent storage incommon wallboard.Journal of Solar Energy Engineering[J].Transactions of the ASME，1995，117，4

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　　[8]Guohui Feng，Ruobing Liang，Research on Cool Storage Time of a Phase Change WallboardRoom in the Summer[J].Envelope Technologies for Building Energy Efficiency Vol.II.2.2.