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相变材料在建筑节能领域的潜力

来源:必博体育官网平台   发布时间:2022-09-03 00:07nbsp;  点击量:

本文摘要:随着太阳慢慢亮起来,一个惊人的场景首映:在美国西雅图的华盛顿大学校园里,一座沐浴在晨光中的新建筑逐渐开始融化。但这并不是缺乏设计,而是类似的材料热力学(PCM)的博弈。它的目的很简单,就是帮助建筑节能。 根据英国媒体最近的报道,这座建筑的墙壁和天花板使用了一种特殊的凝胶材料。夜幕降临,凝胶变成液体;白天节能,温度会升高,之后凝胶不会融化。 这种物质的固态和液态之间的变化叫做热力学。凝胶的这种特性有助于增加冷却建筑物内办公室所需的能耗。

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随着太阳慢慢亮起来,一个惊人的场景首映:在美国西雅图的华盛顿大学校园里,一座沐浴在晨光中的新建筑逐渐开始融化。但这并不是缺乏设计,而是类似的材料热力学(PCM)的博弈。它的目的很简单,就是帮助建筑节能。

根据英国媒体最近的报道,这座建筑的墙壁和天花板使用了一种特殊的凝胶材料。夜幕降临,凝胶变成液体;白天节能,温度会升高,之后凝胶不会融化。

这种物质的固态和液态之间的变化叫做热力学。凝胶的这种特性有助于增加冷却建筑物内办公室所需的能耗。这座新大楼是华盛顿大学分子工程系的办公楼。

据估计,到本月底,98%的项目将完成。投入使用后,师生可以体验高科技之美。当然不是所有热力学材料都要这么高科技。日常生活中经常为人所知的冰节能环保,也是一种热力学材料,对于冷藏和食品都是必不可少的。

随着材料科学的快速发展和能源成本的大幅增加,科学家们也在致力于开发能够在不同温度下工作的热力学材料,并可用于加热器、保温和储能领域。热力学材料之所以在能量守恒领域有吸引力,在于它通过吸收或释放大量能量来维持几乎恒定的温度:材料熔化时,必须吸收能量才能超过原子间的分子键;材料烧结时,分子键的组成可以释放能量。

华盛顿大学大楼里使用的凝胶是从植物油中提取的生物热力学材料。每天晚上,窗户自动关闭,室外寒冷的空气涌进来,所以凝胶不会变成液体,第二天融化的时候可以从周围环境中吸收热量。这一原理类似于薄混凝土或土坯墙中用来降低建筑物室内温度波动的原理,但凝胶的量要少得多。生产这种凝胶的热力学能源解决方案有限公司创始人彼得霍瓦特(Peter horvath)表示:这种生物热力学材料只有1.25厘米厚,但作为一种热物质,它相当于厚度约为25厘米的混凝土。

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市场研究机构力士研究公司(Lux Research Company)最近发布的一份报告预测,到2020年,建筑行业对热力材料的使用将从目前的年销售额接近零增加到1.3亿美元。与此同时,许多其他热力学材料也在出现。总部位于英国的恒星加热器公司使用二氧化碳来冷却数据中心。

二氧化碳在低温下可以从液体变成气体。面对当今高性能服务器农场散发的热量,即使是最先进设备的水冷系统也无能为力。然而,该公司最近让二氧化碳通过管道流经热交换器,显示的风扇性能可以超过当前计算机系统的风扇性能近两倍。

高山牧民使用从当地植物黄油和节能油中提取和扣除的热力学物质来帮助御寒。他们穿的传统服装是通过在这种材料的外层包裹塑料并编织而成的。牧民流汗步行到高山牧场,穿的衣服和材料不会逐渐融化。当它们停下来照顾牛群时,热量不会慢慢释放出来,以帮助它们的身体御寒。

目前,100多个家庭正在参与一个试点项目。除了服装,他们还试用热力学材料制成的寝具卷。开发这种简单材料的地球设计公司的斯科特弗兰克说:为他们服务的家庭已经找到了这种材料,他们的燃料消耗又发生了显著变化。热力学材料的另一个广阔应用前景是在发展中国家的疫苗运输。

由于疫苗在运输过程中必须加热,节能环保,对于加热器技术有限的国家来说是一个挑战。一般来说,他们用冰块来包装,但一旦疫苗失效,其有效性不会受到严重损害。美国包装制造商索诺科(Sonoco)表示,它已经找到了一种材料的解决方案,这种材料可以在4摄氏度至8摄氏度之间重新产生热力学,需要将疫苗冷藏6天。索诺科正在测试这个包装盒,以超过世界卫生组织的标准。

在储能领域,热力学材料的应用也可以帮助太阳能发电。目前的太阳能集热系统依靠液态盐来储存热量。

电厂虽然不能在日照不足的情况下开工建设,但必须有大量的液态盐和可观的保温储存设施。德国碳纤维供应商Sigri回应称,使用热力学化合物可以将储存所需的材料量增加约三分之二。该公司目前正在测试一种原型材料。


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