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在實際的應用中,相變儲能材料一般為固-液組成,當外界的溫度在高于材料自身的熔化溫度的時候,其從固相變化成液相,并且在這個過程中,吸收大量的熱量并儲存起來;而當外界的溫度在其凝固溫度以下的時候,相變材料將由液相轉化成固相,同時在釋放大量的熱量;在這個物理變化的過程中,儲存或者是釋放能量的過程我們稱之為相變潛熱,并且在這個過程中材料自身的溫度是不變化的。與常用的材料相比,相變材料具有以下的優(yōu)勢:
(1)材料自身的儲能的密度大,儲存的熱量多,在環(huán)境的溫度比相變的溫度高的時候,將多余的熱量給儲存起來,在環(huán)境溫度比相變溫度低的時候,將熱量釋放,從而有效地防止了熱量的流失,以此更好地提高能源利用的效率。
(2)潛熱大,少量材料即可儲存大量的熱量,以此滿足建筑的節(jié)能需求,同時減輕建筑自身的負重。
(3)蓄熱的系數(shù)大,同時其可以更加有效地轉移峰值的負荷。如在室內使用相變材料之后,經(jīng)過計算其時間可以延遲大概5個小時,當外界的溫度處在中午的2點的溫度的時候,通過延遲,室內的溫度還可保持上午的9點的溫度。
(4)可自動調節(jié),從而保持溫度的恒定。在斷電恒溫測試實驗中,上午11點的溫度和晚上10點的溫度始終大致維持在同一個溫度水平,這樣可以在冬天的時候提高室內溫度,同時在夏天的時候降低室內的溫度,從而減少對空調電量的消耗。
二、低碳經(jīng)濟下的必然選擇
相變儲能材料作為低碳經(jīng)濟模式下的必然選擇,主要的原因有以下幾點:
(一)全球環(huán)境變化呼喚環(huán)保能源
隨著近段時間的北京霧霾、菲律賓臺風等一系列事件的發(fā)生,進一步的說明全球環(huán)境污染和氣候變化已經(jīng)到了非常嚴重的地步。尤其是現(xiàn)階段的汽車尾氣、煤炭能源以及天然氣等釋放的大量的二氧化碳,已經(jīng)使得地球吸收大量地球反射回來的長波,讓地球對太陽輻射變得具有高度的透光性,從而使得地球的熱量越來越多,最終導致地球溫度的上升。
(二)建筑高能耗呼喚節(jié)能材料
以裝飾行業(yè)為例,裝飾作為我國發(fā)展的朝陽產(chǎn)業(yè),正在蓬勃發(fā)展。據(jù)國家統(tǒng)計局的相關數(shù)據(jù)顯示,每年我國的新舊房的裝修超過1千萬套,其市場突破6500億元的行業(yè)總產(chǎn)值。然而在我國的裝飾工程中,存在這很多的弊端以及相關的安全隱患。如人們?yōu)榱送癸@其裝修的效果,而忽視對工程中起著關鍵作用的一些隱蔽部位,空有虛假的華麗外表。在設計中,防腐、保溫等的構造以及不同部位材料的選用,往往因為設計人員的無知埋下很多隱患。同時,裝飾工程中缺乏有效的節(jié)能法規(guī),傳統(tǒng)裝修帶來的是高污染和高能耗,由此帶來的直接經(jīng)濟損失達到400多億元人民幣。因此,保障人類的可持續(xù)發(fā)展,保護我們的地球,必須呼喚環(huán)保能源。同時各行業(yè)也必須轉變現(xiàn)有的經(jīng)濟發(fā)展的模式,改變以往的高能耗、高排放而轉向可持續(xù)、可循環(huán)的經(jīng)濟方式。在此情勢下,英國在2003年出臺了《我們能源的未來:創(chuàng)建低碳經(jīng)濟》能源白皮書,同時指出未來的市場將主要以節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的材料作為主流。而我國制定的“十一五”能源發(fā)展規(guī)劃中提出,全面推進能源節(jié)約,并將節(jié)能任務具體落實到各省、自治區(qū)和直轄市以及重點企業(yè),實行單位國內生產(chǎn)總值能耗指標公報制度,實施節(jié)能目標責任制和問責制,構建節(jié)能型產(chǎn)業(yè)體系,促進經(jīng)濟發(fā)展方式的根本轉變,從而為相變儲能材料行業(yè)發(fā)展奠定了基礎。
三、相變儲能材料行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀與瓶頸分析
(一)行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀
1.通過過統(tǒng)計調查發(fā)現(xiàn),現(xiàn)階段從事相變儲能材料的公司在525家左右?,F(xiàn)階段的市場上銷售的儲能材料大致分為三類:固態(tài)相互轉化氣態(tài)、液態(tài);氣態(tài)、固態(tài)相互轉化液態(tài)及固態(tài)相互轉化固態(tài)。而在實際的過程中,主要是以固態(tài)相互轉化液態(tài)及固態(tài)相互轉化固態(tài)為主。
(1)固-液相變PCM
a無機儲能材料
無機水合鹽由于具有較大的熔解熱和較高的熔點,是中低溫相變的重要一類材料,主要有結晶水合鹽類熔融鹽類金屬或合金等。
b有機儲能材料
有機類相變材料常用的有高級脂肪烴類、脂肪酸或其酯或鹽類、醇類、芳香烴類等。
(2)固-固相變PCM
目前已經(jīng)開發(fā)出的具有技術和經(jīng)濟潛力的固-固相變材料主要有多元醇高分子類和層狀鈦鈣礦以及多孔基體復合PCM。
2.市場規(guī)模分析
從2008年到2012年我國的相變材料的市場需求的容量在逐年的增加,每年的增長速度都基本保持在15%左右。而截止到2012年的11月初,其市場的規(guī)模量已經(jīng)達到1200萬噸。從2007年到2012年我國的相變材料市場的調查可以知道,其市場的需求量按照每年20%的速度在不斷地增長。
(二)相變儲能材料行業(yè)發(fā)展瓶頸分析
隨著近幾年國家對低碳經(jīng)濟的重視,如在“十二五”規(guī)劃中出臺了一系列的政策和措施,“到2020年,中國單位GDP二氧化碳排放要在2005年的基礎上降低40%至45%”,以此,全民的低碳意識有了很大的提高。同時,隨著低碳意識的加強,很多的人開始推廣和使用相變儲能材料,行業(yè)也因此取得飛速的發(fā)展。但是,隨著行業(yè)的發(fā)展,相變儲能材料也遇到了很多的發(fā)展的瓶頸:
(1)儲能相變材料方面的法規(guī)較少、缺乏統(tǒng)一有效的可操作標準。由于缺乏統(tǒng)一的規(guī)范,導致在行業(yè)發(fā)展的過程中行業(yè)發(fā)展混亂,標準不一。在實際的操作過程中,很多的企業(yè)完全沒有統(tǒng)一的技術規(guī)范要求,導致生產(chǎn)出來的相變儲能材料達不到標準,從而在運用中失去保溫或恒溫的意義。同時,不規(guī)范的技術還導致相變儲能材料存在相關的安全隱患,從而給未來的裝修或建筑工程埋下隱患。
(2)缺乏有效的經(jīng)濟鼓勵措施。相變儲能材料作為我國剛新興發(fā)展起來的環(huán)保節(jié)材料,從規(guī)模和市場使用率等各個方面來講還比較小,因此國家還未能制定相關的政策和經(jīng)濟鼓勵措施。
(3)在相變材料的生產(chǎn)企業(yè),其一線工人很難招,主要是因為其為化工企業(yè)。
(4)現(xiàn)有的設備供應商,在售后服務方面遠遠跟不上。
(5)在相變材料行業(yè)中,存在著嚴重的貨款拖欠。
(6)相變材料的生產(chǎn)能力總量過剩。
(7)未形成規(guī)模效益。
(8)價格比平常的材料價格要高。
(9)未有統(tǒng)一的行業(yè)協(xié)會。
四、解決行業(yè)發(fā)展瓶頸的對策
(一)行業(yè)內開展的工作
(1)在行業(yè)內建立統(tǒng)一的行業(yè)協(xié)會,從而對行業(yè)內的相關措施進行規(guī)范和統(tǒng)一。
(2)在行業(yè)的內部開展相關的信用評價建設工作,從而解決存在企業(yè)中間存在的惡意拖欠等行為的產(chǎn)生,以此帶動行業(yè)健康、快速地發(fā)展。
(3)引導企業(yè)進行規(guī)?;a(chǎn),同時加快行業(yè)內部的并購和充足,從而在行業(yè)的內部形成規(guī)模效應,以此降低相變材料的價格,從而更好地做好市場的推廣。
(4)針對個別落后的問題,鼓勵和引導企業(yè)進行設備的更新,同時鼓勵企業(yè)加強對科研的投入,從而更好地提高企業(yè)相變儲能技術的水平,同時加強從國外的技術引進,以此改變傳統(tǒng)的方式。
(5)針對在相變材料企業(yè)中存在的用工難等問題,引導企業(yè)加強對自身生產(chǎn)的重視,更好地改善工人工作的相關環(huán)境,提高工人工資,以此吸引更多人來企業(yè)工作。
(6)針對售后服務跟不上的問題,首先是要加強對售后服務的意識的培訓,其次是實實在在的技術和性能的提高,以此吸引客戶。
(二)產(chǎn)業(yè)的相關政策
1.提高相變材料的市場準入的門檻
提高行業(yè)的門檻的目的,是因為在我國的很多相變材料生產(chǎn)中,由于準入門檻低,導致在行業(yè)中存在這大量的偽劣產(chǎn)品,這些企業(yè)因為技術等各方面原因的不夠,生產(chǎn)出的產(chǎn)品到不到保溫或恒溫的標準,導致行業(yè)口碑差,質量問題多的情況發(fā)生,從而給行業(yè)帶來嚴重的損傷。因此,亟需國家制定相應的政策或措施,來提高行業(yè)的準入。
2.制定產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟鼓勵措施
行業(yè)的發(fā)展,離不開國家的支持。而相變材料作為新興的環(huán)保節(jié)能材料,其具有很好的優(yōu)勢和效果。因此,國家亟需出臺相關的稅收或經(jīng)濟補貼等措施,加強對行業(yè)的補助的力度,從而更好地保障相變材料的發(fā)展。
3.嚴格生產(chǎn)的許可
在行業(yè)發(fā)展的初期,很多的企業(yè)開始紛紛導向相變材料的生產(chǎn),同時也有很多的個人后企業(yè)在無國家允許的情況下開始投入生產(chǎn),導致生產(chǎn)的材料質量和標準不一,層次不齊,從而給行業(yè)帶來影響。因此,國家在提高準入的同時,制定相關的生產(chǎn)許可細則,同時嚴格生產(chǎn)許可的發(fā)放和查處,堅決杜絕行業(yè)中的無證經(jīng)營的現(xiàn)象。
4.修訂相關法律,制定統(tǒng)一標準
由于相變材料作為新興的行業(yè),導致沒有統(tǒng)一的標準進行生產(chǎn),因此,亟需國家出臺相關的法律法規(guī),同時制定產(chǎn)品的統(tǒng)一標準,以此規(guī)范行業(yè)的標準混亂的現(xiàn)象,更好地使得行業(yè)進入良性循環(huán)發(fā)展的軌道。
5.開展行業(yè)誠信評價
在行業(yè)內部實施的開展相關的企業(yè)誠信建設,同時力爭在“十二五”中旬,建立完善的信用體系,從而在行業(yè)內發(fā)揮評價作用。
6.國家中國扶持一批大型企業(yè)
要使得行業(yè)發(fā)展,就必須在行業(yè)內部扶持一批有實力的大型相變材料企業(yè),從而作為其他相變企業(yè)發(fā)展的杠桿和標準,以此更好地規(guī)范企業(yè)的技術標準和行業(yè)標準。
五、結語
總之,相變材料的發(fā)展還需要很長的路要走。而要保證相變材料的發(fā)展,就必須從多角度看企業(yè)、行業(yè)發(fā)展。
作者:王順 單位:北京中鐵大都工程有限公司