低温无机相变储能材料在清洁供暖中的应用

王振

摘要：在我国现代材料工程行业高速发展的背景下，多种新型材料相继被研发，材料制备技术水平全面提升。为了降低碳排放与资源消耗，提升生态环境质量，需要缓解能量供求在时间与空间中的不平衡矛盾，在各储能技术中，相变储热技术可实现资源集约化利用的效果，受到材料行业广泛关注，如今该技术已广泛应用于清洁供暖、建筑节能等领域，且市场占有率较高。

关键词：碳排放；储能；材料准备；相变储热；清洁供暖

在能源枯竭、资源短缺以及生态环境持续恶化的形势下，为了落实节能环保目标，需要加强对能量利用技术的优化，确保能量利用率可以提升。传统的化石能源存在着枯竭和环境污染等问题，因此寻找新的清洁能源是当今我国的重要任务。相变储能作为一种新型的储能技术，具有储能密度高、体积小、无污染等优点，被广泛应用于建筑、交通、航天等领域，所以需要掌握低温无机相变储能材料的制备工艺，将其全面应用在清洁供暖领域中。

1相变储能技术的基本原理分析

相变储能是利用物质的相变过程来储存和释放能量的技术。当物质的温度达到一定值时，它会发生相变，从而吸收或释放大量的潜热，如果将相变材料嵌入到储能系统中，当系统需要储存能量时，将相变材料加热，使其发生相变并吸收热量，从而将热能转化为潜热能，存储在相变材料中。当系统需要释放能量时，将相变材料冷却，使其发生相变并释放热量，从而将潜热能转化为热能，输出到系统中。低温无机相变储能材料，是一种储存热量的新型材料。它的储能原理是通过物质的相变来吸收和释放热量。在储能过程中，材料从固态到液态，吸收热量；在释放热量时，材料从液态到固态，释放热量。由于储能材料的相变储能具有高储能密度、长周期、可靠性高等优点，因此在清洁能源领域中被广泛应用[1]。

将低温无机相变储能材料应用在清洁供暖中，可以将电能转化为热能进行储存，当需要热量时再释放，这种方式不仅可以节约能源，而且提高能源利用效率；且该种技术措施的应用能减少化石能源使用量和使用频次，降低CO2等温室气体排放；为长效供暖的实现提供技术支撑，稳定性高，不易受外界环境的影响。

2低温无机相变储能材料的制备分析

2.1相变储能材料配方设计

采用低温类无机盐相变材料充当储能介质，该材料与有机类材料相比，具有显著优势，尤其是储能密度、导热系数、经济成本这两个方面，显著优于有机类材料，应用安全性能够得到保障，具有不易燃烧的优势，但是这种低温类无机相变材料存在容易过冷、循环容易分层的局限性，使其在应用过程中受到限制。

在本文所阐述的低温无机相变储能材料制备工艺中，主要材料为食品级的焦磷酸钠、去离子水、十水硫酸钠以及黄原胶等；结合制备试验可以看出，材料质量配置比例为：黄原胶0.5%，十水硫酸钠0.7%，水38.9%，焦磷酸钠59.9%（总计100%），在该配置下能保证相变储能材料具备良好长期循环稳定性。

2.2相变材料的制备工艺

相变材料制备环节，主要采用物理混合方式，使得各种材料均匀分散，将配置原料放置在容器内，将容器放置在80 ℃得到恒温水浴锅中进行搅拌，搅拌速度设定为每分钟100 r，第一次搅拌时间设定为10分钟，之后将黄原胶加入容器中，将搅拌速度设定为每分钟200 r，继续搅拌15分钟。

2.3相变储能材料的性能分析

结合相关实验结果可以看出，经过100次循环后，该低温无机相变储能材料相变温度波动范围在1 ℃内，具有良好的循环稳定性。在对低温无机相变储能材料的腐蚀性分析中，从经济实用层面来看，该材料与304不锈钢、铜具有一定兼容性。在本次实验过程中，具体试验措施为：（1）清洗不同规格尺寸不锈钢管，净化铜管备用；（2）记录各项尺度参数，并,以上试验品称重，分别放置在耐高温塑料瓶内；（3）瓶中倒入一定液态材料，将容器置于90 ℃环境下烘干处理，记录保温开始时间，记录液态保温时间；（4）每隔60 s左右将其拿出后，洗净观察、称量并对腐蚀速率进行计算；根据试验结果可以看出，铜管表面颜色变化较小，即使出现一定黑色斑点，但对斑点出现的原因进行分析，认定为氧化作用，通过腐蚀速度的正负转变可以证明；本次试验中，金属材料不同阶段腐蚀速度如表1和表2所示，从表格中的数据可以看出，该低温无机相变储能材料的腐蚀速率较低，能够达到使用要求[2]。

表1：铜管腐蚀速率数据（mm/a）

样本	0—24小时	24—45小时	45—118小时	118—213小时
1	0.0177	-0.0029	-0.0021	0.0010
2	0.0010	-0.0005	-0.0016	0.0004
3	-0.0058	-0.0003	-0.0004	-0.0005
4	-0.0011	-0.0006	-0.0016	-0.0021
5	0.0013	-0.0028	-0.0005	0.0005

表2：不锈钢管腐蚀速率数据（mm/a）

样本	0—24小时	24—45小时	45—118小时	118—213小时
1	0.0073	0.0007	-0.003	-0.0005
2	0.0046	0.0018	-0.0017	-0.0001
3	0.0009	0.0016	-0.0018	0.0008
4	-0.0007	0.0034	-0.0026	0.0002
5	0.0063	-0.0004	-0.0017	0.0006

3低温无机相变储能材料在清洁供暖中的具体应用

基于以上的分析可以明确，低温无机相变储能材料在供暖中具有良好的应用效果，能够有效降低各项能源消耗，整体节能环保优势突出，所以需要加强对该材料在清洁供暖中的应用方式优化。因此，本文结合相关实践经验，总结如下多项低温无机相变储能材料的应用：

3.1常规应用方式

地暖是一种常见的供暖方式，但是传统的地暖需要使用大量的电能，造成能源的浪费。而储能式地暖是利用低温无机相变储能材料的储热特性，将电能转化为热能进行储存，当室温下降时，释放热量供暖，储能式地暖不仅节约了能源，而且提高了供暖效率，使得清洁供暖成为可能；传统的热水器需要不断的加热来保持水温，造成了能源的浪费，而储能式热水器则是利用低温无机相变储能材料的相变储热特性，将电能转化为热能进行储存，当需要热水时，释放热量加热水温。储能式热水器不仅节约了能源，而且提高了热水的使用效率[3]。

3.2低温无机相变储能材料的实践应用

H市某建筑工程面积为20500平方米，传统冬季采用市政热水作为采暖热源，该建筑每个采暖冬季的采暖费用约为960万元。将上文设计的低温无机相变储能材料应用在清洁供暖系统中，设计开发了一种高效相变储能装置，采用“移峰填谷”技术，在谷电时间段中，电锅炉加热停止，通过冲热循环系统，为相变储能热库充热；供暖过程中，电锅炉加热停止，利用放热循环释放热库处热量实现供暖目的，在极端天气中，电锅炉启动补充部分热量，实现供暖，如果夜间需要供暖，由电锅炉直接供暖。结合两个完整采暖季的运行实践来看，供热效果达到了预期要求，有效节省供暖费用约为522万元，节省比例约为54%。

结束语

综上所述，本文简要阐述了低温无机相变储能材料及其技术相关内涵与优势，并设计开发了低温无机相变储能材料，将其应用在实践中具有良好的效果，可以有效降低供暖运行成本。

参考文献

[1]刘硕. 低温无机相变储能材料的制备及其在清洁供暖中的应用研究[J]. 黑龙江科技信息, 2021, 000(019):10-12.

[2]常钊, 陈宝明, 罗丹. 相变储能材料的应用[J]. 煤气与热力, 2021, 41(6):5-6.

[3]李沐, 李亚溪, 李传常. 相变储冷技术及其在空调系统中的应用[J]. 储能科学与技术, 2023, 12(1):18-19.