摘要：能源问题是全人类更关注的永恒话题，在我国城市的能源利用上，城市建筑群的能源利用就是一个重要的能源使用大户，除了日常能源的不合理带来的浪费消耗外，还有一个重要的能源浪费渠道就是储热系统的落后导致的能源浪费，如今，研发储热技术已经成为了新型建筑中解决能源危机最有前景的技术之一，它也就是实现现代绿色建筑的重要目标之一，所以关注储热技术中的实现，了解其储热材料的研究进展及其应用对于现代减租的“绿色化”具有积极的推动作用。
关键词：储热技术；储热材料；绿色建筑；
引言：储热技术的发展研究立足于现代社会的发展需求之上，尤其是在我国提出了可持续发展的理念，整个社会对于环保类研究付诸了高度的关注。由于我国的起步晚，发展快，全国的能源消耗递增速度超过了国际平均，数据显示，我国当下的能源消耗总量堪比上世纪九十年代的三倍，而建筑的能源消耗就高达能源消耗总量的25%，所以在全国在能源消耗不断增长的大背景下，除了新能源，过控制建筑本身的储热性能来提升能源使用效率，降低能源消耗也是实现能源可持续发展的重要渠道。在未来，随着全球人类的环保意识的提升，人们对于节能技术的实现必然会越来越重视，因此储热技术的发展前景将会越来越广，也越来越成为影响城市建筑质量的关键技术之一。
一、储热材料的分类和应用概述
储热材料在建筑中的使用可提升建筑本身的除热性能，根据储热原理的不同，常见的储热大致分为显热储热材料、相变储热材料和热化学储热材料三类，其中前两者主要是基于物质的物理特性进行储热，而相变储热材料比起显热储热材料的主要特点就是在储热过程中会发生物理形态的改变，比如由固态转化为液态或者气态，在这方面，水就是一种储热材料，此外还有一种固态到固态的重新组合储热方式也是相变储热的一种形式。在建筑的实际应用中，常常以显热储热材料和相变储热材料作为基本储热工具的元件实现储热效果，比如太阳能板、暖通空调等。至于热化学储热材料，基本是基于化学变化原理实现储热，这就好比大自然的光合作用，就是一种非常高级的化学储热方式。
二、显热储热材料
显热储热材料是最常见的一种储热材料，像是常见的岩石、金属、水泥、沙子、砖等建筑材料，都具备在温度升高时进行自动储热的功能，因此这些材料都可称为显热储热材料，显热储热材料的储热能力与材料构成有着密切的关系，其衡量指标可通过物理学上的比热进行反应，但是整体来看，显热储热材料的储热能力普遍较差，当常温下的水体并未发生大规模的形态变化时，也可看作显热储热材料，它算是一种储热能力较好的显热储热材料，再加上水源成本低廉，因此利用水体建立储热罐，蓄水池和太阳能水池是一种非常常见的选择。
在建筑建设中，作为建筑主体的混凝土本身因为各种材料混合比的不同导致最后在储热上也存在一定的差别，而这种差别对于建筑的居住环境有着较大的影响，比如在北方使用储热效果更好的混凝土，那么更容易实现建筑本身的保暖效果，从而降低建筑取暖对于热源的消耗。在这一点上，相关专家针对不同成分的混凝土进行了储热能力分析，结果发现，随着水泥掺入比重的增加，混凝土材料的储热能力呈现出先上升再下降的趋势，当水泥的掺入量为10%左右时，混凝土材料的储热能力最好，此时的混凝土的抗压抗拉能力都处在工业材料的使用标准下，因此可考虑将该材料作为混凝土材料中较为优质的储热搭配方式。研究还发现混凝土在不同温度下的储热能力也有较大的差别，当温度达到500摄氏度时，混凝土材料的储热比热能力最佳，另外还发现，混凝土中的石墨具有很好的导热性，它的掺入量对于混凝土整体的导热性能有着很大的影响。
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三、相变储热材料
相变储热材料，又称潜热储热材料，因其储热方式以潜热的储热方式为主而得名，由于相变储热往往和显热储热并行发生，所以其储热值计算方式可通过吸热总量减去显热储热量来计算，在实际的储热能力上，相变储热材料具有更高的效率和储热能力，尤其是相变储热往往在相变阶段中因为温度不变，所以具备更好的储热保持能力，使用相变恒温储热方式，可很好地实现储热的高密度化，储热装置的小型化，这对于实现长时间，大容量的储热具有重要的意义。
目前较为常用的相变材料主要包括无机PCM、有机PCM和复合PCM三类。其中，无机类PCM主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等；这些材料在建筑中的应用可通过以添加剂的方式改善混凝土等建筑主体材料的储热能力。在相变储热材料的添加上，我国研发最早的是硫酸钠的水合盐，通过在纯硫酸钠中添加硼砂、细沙、锌粉等材料已初步实现了对于相变储热材料的储热峰值的调整，这对于将相变储热材料应用到实际的建筑中有了很好的指导效果，其中在华南理工大学的教授研发的以微波方式制取的膨胀石墨，直接将混凝土的比热提升了2.6C，在冷热板的温差测试中达到了仅相差40摄氏度的研究记录，其研究前景十分广阔。
而像是有机类PCM主要包括石蜡、醋酸和其他有机物，这类材料在建筑中的应用需要借助一定的装置实现具备的高效储能，至于复合型的相变储热材料，它即是使用有机和无机材料混合开发的材料，它虽然在性能上较为综合地结合了有机和无机相变材料的优点，但复合型的相变储热材料的储热能力却并不是两者的综合，在储热上会出现一定的下降，至于应用到建筑中还需要通过更多的实验进行性能测试才能最终决定材料的建筑实用性能。在有机相变材料的研究中，比较成功的是硬脂酸丁脂、十八烷和月桂酸为相变材料，其本身储热能力较为优异，并且材料本身也具备较好的热稳定性。
四、热化学储热材料
利用可逆的化学反应，将热量储存在化学键中，这种让物质发生化学变化的热储方式需要依靠热化学材料的帮助，和普通的显热材料和相变材料的储热性能相比，该方式的单位储热量一般在五到十倍以上，可谓是一种储热非常高效的方式，另外，该方式的高效储热也为热量储存提供了持久性和运输的便捷性的保障，该能源储备方式不仅是建筑领域关注的一种储热方式，也是社会各行各业都关注的一种高效储能方式，不过相比显热材料和相变材料的研究，该方式的难度更大，成本更高，所以在建筑的应用上，多以固定元件的方式参与到建筑的建设中，而不能想建筑材料一样的全面应用。简而言之，就是热化学储热材料的研究还存在很大的不足，所以在应用中实现规模化、商业化和工厂化还有较长的距离。
考虑到研究应用到实际建筑的可行性，首先需要保证材料的廉价易得，因此又能充分实现放热和吸热转化的材料自然就是生石灰和熟石灰之间的相互转化，目前我国的大学研究院针对生石灰和熟石灰之间的转换进行了建筑环境下的相关模拟实验，确保了其循环利用中的性能稳定性，这在理论上为热化学储热材料的建筑应用提供了支持，而当下存在的问题就是实现化学材料发生化学变化的常态化，这是很艰难的一步。另外，在化学储热材料的研究上，对MnCI2/SrCl2/NH3等材料的研究也取得了较大的成效，在研究的方向上初步显示，使用热化学材料基本可让建筑材料的储热能力提升一倍以上，该目标的实现可大大降低建筑的能耗，实现建筑的绿色性。
结语
从以上研究进度发现，我国当下建筑行业中应用最广泛的依然是显热储热材料，对于显热储热材料实现升级是实现建筑绿色化最方便快捷的方式，而相变储热材料的研发应用则相对不足，但是其潜力十分巨大，这可作为短期内的建筑发展的目标进行研发，至于化学储热材料的研发，则基本上才处于起步阶段，其应用还有很长的路要走，所以可将其作为建筑行业发展的长期目标。
参考文献
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论文作者:裴马龙
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年6期
论文发表时间:2019/7/10
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