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相变储能材料能否让建筑更低碳?

作者:记者 吴跃 来源:中国建材报 发布时间:2022-12-22 浏览:

中国储能网讯:“相变储能是一种新型的储能方式。作为一类高效的储能物质,相变储能材料通过与建筑物的有机结合,既能降低建筑能耗和提高室内环境舒适度,又可以大量利用可再生能源和提高化石能源的利用率。”中国建筑材料科学研究总院相变储能研究室主任、教授级高工李海建近日在接受《中国建材报》记者采访时指出,与其他储能方式相比,相变储能具有储能密度高、体积小巧、温度控制恒定、节能效果显著、相变温度选择范围宽、易于控制等优点,在众多领域具有重要的应用价值和广阔的发展前景。

行业迎来发展黄金期

“当前,国家大力提倡使用清洁能源和推广低能耗建筑,对于相变储能行业来说,已经迎来发展的黄金时机。”李海建指出,在倡导利用清洁能源和可再生能源方面,针对日益严重的化石污染问题,国家正加大力度治理污染。从2015年开始,北方各省份针对冬季采暖污染问题,加快实施煤改电项目。随着这些项目的进行,北方采暖季的污染问题得到很大的解决,但仍然存在不少问题。其中一个问题就是煤改电以后,老百姓的采暖成本急剧升高。为鼓励老百姓大力使用便宜的谷期电,相关部门还规定必须使用蓄能式电暖气。这就给相变材料提供了发展的大好机遇。

而在建设低能耗建筑方面,李海建认为,低能耗建筑不仅需要提高保温级别,更应该增加建筑的蓄能性。现在建筑多是混凝土结构,相比老式土墙建筑,保温和蓄热能力较差,造成冬天更冷夏天更热,而且提高了建筑保温性,建筑没有蓄存能力,失去与自然能源的热交换,免费的自然能源白白浪费。而解决此问题,应提高建筑的蓄热能力。

“现在的建筑基本上都是轻质建筑,热惰性低,蓄热能力差,为提高建筑的蓄热能力,不可能像从前的老建筑一样采用土墙了,可以通过加入相变材料提升建筑的蓄热能力,相变材料的蓄热能力强,单位体积蓄热密度高,较少质量的相变材料就可以达到建筑的蓄热要求。相变建材的蓄热能力将展示出较强的优势,相变混凝土、相变砂浆、相变地板等将会大力发展。”谈到行业发展状态时李海建说。

可降低建筑能耗

据《中国建材报》记者了解,当前相变储能材料应用于建筑中主要有两种方式:一种是“被动式应用”。相变材料与传统建筑材料复合制成相变建材,增加墙体的热质,作为“被动式”蓄能材料使用,依靠室温的变化或接受太阳辐射热量等方式被动地吸收/释放热量,同种体积相变建材的蓄热量是普通建材的几倍到几十倍,在不增加建筑整体承重的情况下实现蓄热的要求。

相变建材主要包括相变石膏板、相变混凝土、相变砂浆、相变涂料、相变墙板、相变储能地板或天花板等。目前相变建材已在建筑节能中得到较多应用并具有良好的发展前景。

另一种是“主动式应用”。相变材料和太阳能采暖、电加热地暖、空调通风制冷等设备结合,成为“主动式”蓄能体,可以通过换热装置和换热介质进行主动调节与控制,如相变换热器、相变集热器、相变蓄热箱、相变采暖系统等。

“总体来讲,国内外相变储能建材或构件产品发展迟缓的局面,可能是相变建材成本比较昂贵,与现有建筑设计结合度不高造成的。“李海建介绍,国内外相关企业和研究机构正设法推进相变建材的市场化发展,比如建立与现有节能指标相关的计算方法和标准,促进此行业的发展。另外,相变建材企业也可从低能耗建筑设计入手,攻克与现有建筑设计的融合问题,比如把相变材料做成相变毯、相变瓦用于建筑的围护结构,应用形式灵活多变,施工快捷回收方便,把相变材料做成相变袋,再与保温板结合,制备成相变保温一体板,也是一种很好的创新。

李海建指出,在供暖和制冷行业,相变储能发展速度相对较快,国内外已经有公司专门从事相关市场的运作,这类公司基本上是与已有的基础业务相融合,他们的原业务主要从事供暖或者制冷行业,相变储能元素的加入可以提高原有系统的效率,降低系统运行的成本,尤其是可再生能源的储存、谷电的能量转移,储能系统更具有优势,相变储能作为一种高效的储能手段越来越受到企业的青睐。

未来发展需走多措并举路

“现阶段,建筑相变储能产品材料成本高、投资回报时限长、经济性差成为限制建筑储能进一步发展推广的重要因素。”李海建指出,当前相变储能材料在发展方面还存在以下几方面问题:一是标准体系不健全。标准是技术实现产业化的基础,也是支持行业健康发展的重要因素。由于相关技术标准的缺失,相变储能材料、相变建材、相变装置系统在生产和应用各环节存在诸多限制和不便。二是国家储能政策支持力度低。新技术,特别是新能源的发展周期一般都比较长,在发展初期,通常需要国家的产业政策给予扶持。尽管党和国家高度重视储能产业发展,但储能产业扶持政策不够,缺乏细化的实施措施,如技术发展路线图、产业发展指导意见、有关激励政策、成本效益分摊和核算办法等,储能产业发展相对缓慢。

为实现相变储能材料高质量发展,李海建建议,一是制定国家层面的相变标准和工程规范来支持相变储能材料的发展。及时制定发布建筑储能(蓄能)技术与产品设备的技术标准、规程工法和通用图集,强化标准宣贯、执行和监督,为规范和指导建筑储能(蓄能)技术的应用提供强有力的科学依据和坚实的技术支撑。二是提高建筑相变储能关键材料、制造工艺和能量转化效率,在规模化应用中进一步解决稳定性、安全性和耐久性的问题。目前相变储能技术大多掌握在科研院所和大学科研人员手中,提高科研成果转化率,对实际应用效果和长期应用效率应进行评价和提供监测数据,提高规模化应用示范。

本文原载于《中国建材报》12月19日6版

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关键字:相变储能

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