儲(chǔ)熱系統(tǒng)按照儲(chǔ)熱方式不同可以分為顯熱儲(chǔ)熱、潛熱儲(chǔ)熱和化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)熱三類，相變材料（PCM）是利用相變過程中吸收或釋放的熱量來進(jìn)行潛熱儲(chǔ)能的物質(zhì)。與顯熱儲(chǔ)能材料相比，PCM具有儲(chǔ)能密度大，效率高以及近似恒定溫度下吸熱與放熱等優(yōu)點(diǎn)，因此可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域，如太陽(yáng)能利用、廢熱回收、智能空調(diào)建筑物、調(diào)溫調(diào)濕、工程保溫材料、醫(yī)療保健和紡織行業(yè)等等。但化學(xué)反應(yīng)熱蓄熱雖然具有儲(chǔ)能密度大的特點(diǎn)，但應(yīng)用技術(shù)和工藝太復(fù)雜，目前只能在太陽(yáng)能領(lǐng)域受重視，離實(shí)際的應(yīng)用還很遠(yuǎn)，因此PCM成為了熱能儲(chǔ)存的主要利用方式。

相變材料具有在一定溫度范圍內(nèi)改變其物理狀態(tài)的能力。相變材料主要包括無機(jī)PCM、有機(jī)PCM和復(fù)合PCM三類。其中，無機(jī)類PCM主要有結(jié)晶水合鹽類、熔融鹽類、金屬或合金類等；有機(jī)類PCM主要包括石蠟、醋酸和其他有機(jī)物。由于它的應(yīng)用十分廣泛，目前已成為一種日益受到重視的新材料。導(dǎo)熱系數(shù)的大小直接關(guān)系到相變儲(chǔ)能裝置的蓄能和釋放功率。因此，采取必要措施強(qiáng)化相變材料導(dǎo)熱性能，并采用合適技術(shù)手段對(duì)材料導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試，已經(jīng)成為相變儲(chǔ)能技術(shù)的必要研究環(huán)節(jié)。

加拿大C-Therm公司擁有的導(dǎo)熱系數(shù)儀TCi。TCi采用改良瞬態(tài)平面熱源法（Modified Transient Plane Source， “MTPS”），可直接對(duì)固體、液體、粉末和膠體等各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)和蓄熱系數(shù)進(jìn)行快速、精確地測(cè)定。TCi的應(yīng)用領(lǐng)域包括聚合物材料、相變材料、粉末材料、熱界面材料、納米材料、傳熱流體、隔熱材料、熱電材料、含能材料、建筑材料、地質(zhì)材料和功能性織物等。

TCi可用于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)，質(zhì)檢控制及生產(chǎn)制造過程，并可非常方便地同控溫箱、高壓倉(cāng)和手套箱等其他實(shí)驗(yàn)設(shè)備聯(lián)合使用，滿足用戶對(duì)各種測(cè)試環(huán)境的不同需求。 除MTPS探頭外，TCi另有瞬態(tài)熱線法（Transient Line Source）探頭可選，用于測(cè)試熔融高分子、土壤、瀝青、油、蠟等材料。

導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試范圍：0~500W/mK

廣泛溫度范圍：-50~200℃，可擴(kuò)展至500℃

無需樣品制備，無損測(cè)試

測(cè)試時(shí)間快速：0.8~2.5秒

適用范圍：可測(cè)試固體，液體，粉體，膠體

最小測(cè)試樣品尺寸：0.71" (18mm) 直徑

測(cè)試樣品尺寸：不限

最小測(cè)試樣品厚度：通常 0.02" (0.5mm), 基于測(cè)試物體的熱傳導(dǎo)性

標(biāo)準(zhǔn)：ASTM D7984、ASTM D5334、ASTM D5930、IEEE 442-1981

· 導(dǎo)熱系數(shù)儀在相變材料上的應(yīng)用

導(dǎo)熱性能是評(píng)價(jià)相變材料好壞的關(guān)鍵影響因素。目前改善相變材料導(dǎo)熱性能的方法是，在相變材料中加入金屬、陶瓷材料和熱解石墨等導(dǎo)熱系數(shù)高的填料，填料通常有以下結(jié)構(gòu)形式：粉末、纖維、肋片及蜂窩。利用兩種或者三種相變溫度不同的材料按照相變溫度高低順序進(jìn)行放置，可得到合適的相變溫度點(diǎn)，同時(shí)加快導(dǎo)熱速度。

一、石墨片對(duì)相變材料導(dǎo)熱性能影響

韓國(guó)崇實(shí)大學(xué)的Sumin Kim教授[1]研究了膨脹納米石墨片對(duì)相變材料/硅藻土復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響。

復(fù)合材料：相變材料（十六烷、十八烷、石蠟）+硅藻土

添加材料：膨脹納米石墨片（xGnP）

圖中純相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.32、0.18和0.23W/mk，PCM/硅藻土復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.39、0.25、0.33W/mk，可知，將相變材料混入硅藻土結(jié)構(gòu)中，可提高相變材料導(dǎo)熱系數(shù)。PCM/硅藻土復(fù)合材料+xGnP的導(dǎo)熱系數(shù)為0.42、0.35和0.41W/mk，添加石墨片后，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)也相應(yīng)增加。因此石墨片可作為添加材料提高相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)。

二、新型無機(jī)鈣基相變材料導(dǎo)熱性能

天津科技大學(xué)鄧天龍教授[2]研究了室溫條件下新型無機(jī)鈣基相變材料導(dǎo)熱性能。

材料：水（47.1wt%）、氯化鈣（47.7wt%）、 硝酸鉀（2wt%）、（2wt% ）和氯化鍶（1.2wt% ）

固液相變溫度：21.4 °C

鄧教授測(cè)試了10℃-40℃溫度下PCM-Ca材料的導(dǎo)熱系數(shù)。固相下PCM-Ca材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.3512 W/mk，液相下PCM-Ca材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.5221W/mk，在相變過程中，材料的導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)到1.3637W/mk。PCM-Ca材料具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，適用于作為建筑節(jié)能材料。

三、水泥基復(fù)合儲(chǔ)熱材料導(dǎo)熱性能

斯威本科技大學(xué)的Sayanthan Ramakrishnan教授[3]將相變材料（石蠟和膨脹珍珠巖）添加到水泥砂漿中，制備成水泥基復(fù)合儲(chǔ)熱材料，研究其在建筑材料中的保溫性能。

隨著相變材料含量的增加，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)逐漸降低。與普通水泥砂漿相比，TESC-20, TESC-40, TESC-60和TESC-80 的導(dǎo)熱系數(shù)降低15.8%, 31.6%, 52.6% 和65.8%。水泥基復(fù)合儲(chǔ)熱材料導(dǎo)熱系數(shù)越低，越有利于建筑材料的隔熱性能，提高材料的儲(chǔ)熱能力。

結(jié)語(yǔ)：

相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)是表征材料熱傳導(dǎo)能力的一個(gè)重要參數(shù)，在航空航天領(lǐng)域，建筑，織物等領(lǐng)域都有很重要的應(yīng)用。C-Therm的TCi采用改良瞬態(tài)平面熱源法，可以非常方便，快速的測(cè)試材料的導(dǎo)熱系數(shù)，為科研研究過程提供重要的幫助。

參考文獻(xiàn)

[1] Su-Gwang Jeong , Jisoo Jeon, Okyoung Chun, Sughwan Kim, Sumin Kim. Evaluation of PCM/diatomite composites using exfoliated graphite nanoplatelets (xGnP) to improve thermal properties . J. Therm Anal Calorim, 2013;

[2] GAO Daolin, GUO Yafei, YU Xiaoping, WANG Shiqiang and DENG Tianlong. Thermal Characteristics of Room Temperature Inorganic Phase Change System Containing Calcium Chloride. Chem. Res. Chin. Univ., 2014;

[3] Sayanthan Ramakrishnan, Xiaoming Wang, Jay Sanjayan, John Wilson.Thermal energy storage enhancement of lightweight cement mortars. Procedia Engineering, 2017;