人类社会进入21世纪,实施可持续发展战略,充分发展环保产业、建设环境文明是人们追求的新目标。居住和工作环境是人们生存和发展的基础条件,随着国际和国内对环境与能源问题的日益关注,人们更加注重对于住宅及公共建筑的采暖、通风、空调等建筑能耗问题的思考和研究。特别是现代建筑向高层发展以来,围护结构既要求建材轻质,同时又要求克服普通材料热容较小、保温储能效果较差的缺点,这样才能在保证建筑使用功能的同时又不会导致能耗的加剧增长。相变材料在满足建筑节能设计新标准的同时,还可以减轻墙体自重,使墙体变薄、增加房屋的有效使用面积;而且可以降低室内温度波动,提高房间的舒适度。因此,利用相变储能技术是建筑节能的一项重要措施。
　　一、相变建筑材料的特点和类型
　　(一)相变材料及其特点
　　相变材料是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。其具有独特的潜热性能,在相变化过程中,可以从环境吸收热量或向环境放出热量,从而达到热量存储和释放的目的[2]。相变材料与传统建材复合成具有储热和温度控制功能的建筑围护结构材料,可以减少室内温度波动,提高舒适度,增大室内空间,减轻建筑物自重,节省制冷和采暖费用。
　　用于建筑节能的理想相变材料[10],应该满足以下要求:
　　(1)相变温度正好是室内设计温度或供暖、空调系统要求控制的温度;
　　(2)具有足够大的相变潜热;
　　(3)相变时膨胀或收缩性要小;
　　(4)相变的可逆性好,相变过程的方向仅以温度决定,不存在过冷和降解现象;
　　(5)无毒性、无腐蚀性、无泄漏、防火、不污染环境;
　　(6)制作原料廉价易得。
　　事实上,能够满足上述各种条件的理想相变材料几乎是没有的。在实际应用中,主要是依据前两项条件来选择合适的相变材料,再采取适当的措施克服材料的缺点。
　　(二)相变建筑材料的类型
　　依据物质相态过程的变化,可以将相变材料分可分成固固相变材料、固液相变材料、固气相变材料和液气相变材料等四类。但固气相变材料和液气相变材料在相变过程中有大量气体存在,材料体积变化较大,在建筑领域很难应用。所以实际应用中主要为固固相变材料和固液相变材料。固固相变材料主要是通过相变前后晶格结构的改变而可逆地吸、放热。主要包括交联高密度聚乙烯、层状钙钛和多元醇。固固相变材料具有体积变化小、无毒、无腐蚀和寿命长等优点,但同时也存在着价格高、热传导性能差等缺点。固液相变材料主要是通过固液相变进行可逆的吸、放热。主要包括结晶水合盐、熔融盐或合金等无机相变材料和高级脂肪烃及高分子聚合物等有机相变材料。其优点是价钱便宜,但存在过冷和相分离现象,导致储能不理想、易泄漏、污染环境、腐蚀性大的缺点。[2]
　　二、相变建筑材料的节能原理与制备
　　(一)相变建筑材料的节能原理
　　相变材料在建筑节能中应用的原理为:相变材料发生相变时伴随着相变热的释放与吸收。即在热转换过程中,相变材料中的冷负荷储存在蓄能结构中,随着室外温度的降低,储存的能量一部分释放到室外,从而降低了建筑冷负荷;另一部分释放到室内,增加了晚间建筑的冷负荷。
　　根据上述理论,以相变储能围护结构为例,将相变材料应用到现有的建筑中,可以大大增加围护结构的储热功能,使用少量的材料就可以储存大量的热量。由于相变储能结构的储热作用,建筑物室内和室外之间的热流波动被减弱、作用时间被延迟,从而可以降低建筑物供暖、空调系统的设计负荷,达到节能的目的。
　　(二)相变建筑材料的制作
　　目前相变储能材料的制作方法主要是:
　　(1)直接将相变材料作为墙或地板贴面的材料的一层结构。其优点在于,便于结构的拆卸和循环利用。
　　(2)采用封装技术,先将相变材料充入聚乙烯小球或粉末中,然后将小球或粉末参合到建筑材料中。其中最常用的是将相变材料封闭在某种胶囊中,并将该胶囊与常规建筑材料混合(见图1)。其优点在于,可直接加工成型、不会发生过冷现象,使用安全方便。
　　(3)直接将熔化的相变材料渗透进多孔材料中。其优点在于,结构简单,性质更均匀,更易做成各种形状和大小的建筑材料。
　　三、相变建筑材料的应用
　　根据其相变温度不同,相变材料主要有四方面的用途[4]:低温相变材料用来储冷,如已经广泛使用相变材料进行空调储冷以及跨季节储冷。室温相变材料可以降低房屋的温度波动,从而降低空调负荷,实现建筑节能。5060℃相变材料可以用在太阳能应用领域,如可以用作被动太阳能房的储