儲(chǔ)熱

儲(chǔ)熱技術(shù)包括兩個(gè)方面的要素，其一是熱能的轉(zhuǎn)化，它既包括熱能與其它形式的能之間的轉(zhuǎn)化，也包括熱能在不同物質(zhì)載體之間的傳遞；其二為熱能的儲(chǔ)存，即熱能在物質(zhì)載體上的存在狀態(tài)，理論上表現(xiàn)為其熱力學(xué)特征。雖然儲(chǔ)熱有顯熱儲(chǔ)熱、潛熱儲(chǔ)熱和化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)熱等多種形式，但本質(zhì)上均是物質(zhì)中大量分子熱運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量。因而從一般意義上講，熱能存儲(chǔ)的熱力學(xué)性質(zhì)與熱力學(xué)性質(zhì)相同，均有量和質(zhì)兩個(gè)衡量特征，即熱力學(xué)中的第一定律和第二定律。

以顯熱儲(chǔ)熱為例，熱能儲(chǔ)存的量即所儲(chǔ)存的熱量的大小，數(shù)學(xué)上表現(xiàn)為物質(zhì)本身的比熱容和溫度變化的乘積。具體地，假設(shè)儲(chǔ)熱材料本身的定壓比熱容恒定且大小為C_p，且在儲(chǔ)熱過(guò)程中物質(zhì)載體的溫度變化為△T，則在儲(chǔ)熱過(guò)程中物質(zhì)載體所儲(chǔ)存的熱量的大小△Q可計(jì)算為△Q =C_p△T

可見，給定物質(zhì)載體，其所儲(chǔ)存熱量的大小只與溫差有關(guān)而與絕對(duì)溫度無(wú)關(guān)，亦即儲(chǔ)存熱量的大小不能反映熱量的品位，因而需要借助熱力學(xué)中的另一個(gè)重要參數(shù) 來(lái)衡量所儲(chǔ)存熱量的質(zhì)（即有用功）。

在相同的溫度變化的條件下，儲(chǔ)冷比儲(chǔ)熱的質(zhì)更高，尤其是在與環(huán)境溫度相差較大的情況下，即相對(duì)于儲(chǔ)熱，深冷儲(chǔ)能可以更加有效地儲(chǔ)存高品位的能量，這也是深冷儲(chǔ)能技術(shù)近期在規(guī)模儲(chǔ)電領(lǐng)域興起的原因。

值得指出的是，在當(dāng)前能源供應(yīng)日益緊張的情況下，高效高品位的儲(chǔ)能技術(shù)越來(lái)越引起人們的興趣，即更加注重儲(chǔ)能的質(zhì)而非簡(jiǎn)單關(guān)注量的大小，而密度是衡量這種質(zhì)的最有效標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)然，儲(chǔ)熱技術(shù)的性能除了受到儲(chǔ)熱介質(zhì)密度等狀態(tài)量的影響外，還受到介質(zhì)本身在熱量交換和轉(zhuǎn)化等過(guò)程性能的影響。這些過(guò)程量包括介質(zhì)的換熱性能及流動(dòng)性能（儲(chǔ)熱介質(zhì)本身也可能是換熱工質(zhì)）等，即在理論上表現(xiàn)為傳熱學(xué)和流體力學(xué)方面的特征。

能量是指物質(zhì)的做功能力，也是物質(zhì)載體在不同尺度空間下動(dòng)能或勢(shì)能的具體體現(xiàn)和存在形式。廣義而言，任何物質(zhì)都具有能量，但只有那些比較容易被人們利用和轉(zhuǎn)化的含能物質(zhì)才是我們?nèi)粘Ｋf(shuō)的能源。能源是人類活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，在某種意義上講，人類社會(huì)的發(fā)展離不開優(yōu)質(zhì)能源和先進(jìn)能源技術(shù)的使用。在當(dāng)今世界，能源的發(fā)展是全世界、全人類共同關(guān)心的問(wèn)題，也是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問(wèn)題。

能量雖然可以以機(jī)械能、聲能、化學(xué)能、電磁能、光能、熱能及核能等多種形式存在，但在人類的活動(dòng)中，絕大多數(shù)能量是需要經(jīng)過(guò)熱能的形式和環(huán)節(jié)被轉(zhuǎn)化和利用的，尤其是在我國(guó)，這個(gè)比例達(dá)到90%以上。正因如此，儲(chǔ)熱技術(shù)最為簡(jiǎn)單和普遍，它的應(yīng)用也遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于工業(yè)革命尤其是電力革命后才出現(xiàn)的其它儲(chǔ)能技術(shù)，如我國(guó)北方地區(qū)的燒炕取暖即是利用儲(chǔ)熱技術(shù)解決熱能供求在時(shí)間上的不匹配。隨著人類的發(fā)展和對(duì)能源利用技術(shù)的不斷改進(jìn)，儲(chǔ)熱技術(shù)也不斷發(fā)展，而且在人們的生產(chǎn)和生活中，在能源的集中供應(yīng)端和用戶端，都發(fā)揮著日益重要的作用。

值得指出的是儲(chǔ)熱技術(shù)并不單指儲(chǔ)存和利用高于環(huán)境溫度的熱能，而且包括儲(chǔ)存和利用低于環(huán)境溫度的熱能，即日常所說(shuō)的儲(chǔ)冷。

有機(jī)類相變儲(chǔ)熱材料

有機(jī)相變材料具有的優(yōu)點(diǎn)：在固體狀態(tài)時(shí)成型性較好，一般不易出現(xiàn)過(guò)冷和相分離現(xiàn)象，并且對(duì)材料的腐蝕性較小，性能比較穩(wěn)定，毒性小，成本低。同時(shí)存在的缺點(diǎn)有：導(dǎo)熱系數(shù)小，導(dǎo)致對(duì)熱量變化的響應(yīng)速度慢，密度較低，從而單位體積的儲(chǔ)能能力較小，并且有機(jī)物一般熔點(diǎn)較低、不適于高溫場(chǎng)合，易揮發(fā)、易燃、易被空氣中的氧氣緩慢氧化老化。

有機(jī)儲(chǔ)熱材料主要包括直鏈烷烴、脂肪酸、脂肪醇、多元醇以及高分子相變材料等，可以分為固-固相變和固-液相變兩種。目前，常用的固-固相變有機(jī)儲(chǔ)熱材料包括：層狀鈣鈦礦、高分子類聚合物和多元醇等。

熔融鹽類相變儲(chǔ)熱材料

熔融鹽類相變材料一般由堿金屬的氟化物、氯化物、硝酸鹽、碳酸鹽等組成，可以是單組分、雙組分或多組分的混合物。一般應(yīng)用于中高溫領(lǐng)域，120～1000 ℃及以上。此使用溫度范圍的相變材料在吸收、儲(chǔ)存了熱量后，足夠?yàn)槠渌O(shè)備或應(yīng)用場(chǎng)合提供熱動(dòng)力，可以應(yīng)用于小功率電站、太陽(yáng)能發(fā)電、工業(yè)余熱回收等方面。此類材料的研究重點(diǎn)仍在于開發(fā)高性能的新體系、優(yōu)化現(xiàn)有體系。

合金類相變儲(chǔ)熱材料

合金類相變儲(chǔ)熱材料主要由單一金屬或多種金屬等組成的二元、三元或四元合金，其相變溫度一般在 300 ℃以上，近幾年出現(xiàn)10~300℃相變合金，相變焓可達(dá)700 J/g 以上。導(dǎo)熱系數(shù)為十幾W/(m·℃)，甚至更高。

20 世紀(jì)七八十年代起的美國(guó)Birchenall等 采用相圖計(jì)算的方法及量熱計(jì)、差熱分析儀、差熱掃描儀對(duì)含有 Al、Cu、Mg、Si、Zn 等元素的二元和多元合金熱物性進(jìn)行測(cè)定和分析，結(jié)果表明，該系列儲(chǔ)熱材料相變溫度在507～577℃內(nèi)，富含Al、Si 元素的合金儲(chǔ)熱密度最高，相變潛熱在500kJ/kg 左右，同時(shí)具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)。接著，F(xiàn)akas等 、Mobley 、Gasanaliev 等 、Maruoka 等 、Hoshi 等 對(duì)硅鋁共晶、Cu 基、Pb 基、Sn 基、Zn基合金儲(chǔ)熱材料進(jìn)行了研究，其性能見表 4，并將其應(yīng)用于高溫工業(yè)余熱回收利用及太陽(yáng)能熱利用領(lǐng)域。黃志光等 對(duì) Al-Si 共晶合金儲(chǔ)熱材料也進(jìn)行了研究，結(jié)果表明潛熱值隨熱循環(huán)次數(shù)的增加和保溫時(shí)間的延長(zhǎng)而提高。合金的固態(tài)比熱容隨含Si量升高而下降，但潛熱則隨含Si量的升高而提高。之后陳正榮等、鄒向等、張仁元等、孫建強(qiáng)等、張寅平等、程曉敏等 對(duì) Al-Si 合金、Al-Mg-Zn 合金、Al-Si-Cu 合金及其系列合金的性能以及合金相變材料與容器的相容性能進(jìn)行了深入的研究。他們認(rèn)為在中高溫相變儲(chǔ)熱應(yīng)用中，金屬材料的儲(chǔ)熱性能比無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)材料占有明顯的優(yōu)勢(shì)，且相變穩(wěn)定性好、性價(jià)比高、使用壽命長(zhǎng)。

低熔點(diǎn)合金相變儲(chǔ)熱材料

近幾年來(lái)，Mc Cluskey等 認(rèn)為由于高的密度和低的相變潛熱導(dǎo)致金屬相變儲(chǔ)熱材料在對(duì)材料重量較敏感的儲(chǔ)熱領(lǐng)域關(guān)注度不高。但對(duì)低熔點(diǎn)金屬，尤其是以Sn、Bi、Pb、Cd、In、Ga、Sb 等金屬元素組成的低熔點(diǎn)合金相變儲(chǔ)熱材料的研究都逐漸受到關(guān)注。

低熔點(diǎn)合金由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)已被廣泛應(yīng)用于釬料、易熔合金保險(xiǎn)絲、控溫元件和模具制造業(yè)等，同時(shí)，低熔點(diǎn)合金具有熔點(diǎn)低、沸點(diǎn)高、化學(xué)活性低、導(dǎo)熱系數(shù)大、密度高等特點(diǎn)，是一種潛在的熱量存儲(chǔ)和傳輸介質(zhì)。

Ga系低熔點(diǎn)金屬儲(chǔ)熱材料

該系列儲(chǔ)熱材料有望與傳統(tǒng)的有機(jī)和無(wú)機(jī)儲(chǔ)熱材料進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。由于電子產(chǎn)品中的低溫焊料（釬料）具有極高的導(dǎo)熱系數(shù)和較低的比熱容，使其在亞微秒的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速的充/釋熱，這類金屬儲(chǔ)熱材料在對(duì)材料重量要求不高的領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。

Pb-Sn合金

Chen等 對(duì)Pb-Sn合金進(jìn)行了研究，表明該相變儲(chǔ)熱材料的熔點(diǎn)為183 ℃，相變潛熱為104.2 J/g。另一類低熔點(diǎn)相變儲(chǔ)熱材料是含有鉛和鎘的合金，這類儲(chǔ)熱材料往往受到環(huán)保條件的限制，但在軍事或某些獨(dú)立的民用領(lǐng)域仍然有較大的應(yīng)用前景。

復(fù)合類相變儲(chǔ)熱材料

通過(guò)制備復(fù)合結(jié)構(gòu)儲(chǔ)熱材料實(shí)現(xiàn)相變材料的微封裝以解決相變材料的相分離、導(dǎo)熱性能差、儲(chǔ)熱密度不高以及儲(chǔ)/釋熱性能的結(jié)構(gòu)優(yōu)化等問(wèn)題是目前儲(chǔ)熱材料研究的熱點(diǎn)。復(fù)合結(jié)構(gòu)儲(chǔ)熱材料的微封裝主要通過(guò)微膠囊化以及定形結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

微膠囊相變材料主要是以高分子聚合物或者無(wú)機(jī)材料為壁材、PCM 材料為芯材，采用固定形狀包裹技術(shù)制備而成的復(fù)合結(jié)構(gòu)儲(chǔ)熱材料。

微膠囊方法主要包括原位聚合、界面聚合、懸浮聚合、噴霧干燥、相分離以及溶膠-凝膠和電鍍等工藝。由于制備方法的不同微膠囊相變材料也表現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)，但以核殼結(jié)構(gòu)最為多見。定形相變材料不局限于微膠囊的核殼結(jié)構(gòu)，而是通過(guò)相變材料與基體的毛細(xì)作用保持復(fù)合材料的定形結(jié)構(gòu)。制備方法主要包括基體材料與相變材料直接混合制備以及基體的預(yù)制結(jié)構(gòu)與相變材料的熔融浸滲。隨著微封裝工藝的不斷成熟，微膠囊結(jié)構(gòu)、定形結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料制備方法都很好地解決了材料相變時(shí)的滲漏等問(wèn)題，然而如何通過(guò)復(fù)合結(jié)構(gòu)強(qiáng)化材料的熱性能仍是目前的研究重點(diǎn)。

復(fù)合結(jié)構(gòu)相變材料的相變

Zhang 等 探討了原位溶膠-凝膠工藝對(duì)無(wú)機(jī)水和鹽的微封裝技術(shù)，發(fā)現(xiàn)二氧化硅作為壁材對(duì)水和鹽進(jìn)行微封裝有效地減少了相分離，并得出相分離程度的減少是相變焓值增加的主要原因的結(jié)論。

同年 Song 等 探討了纖維素作為殼層、二十烷作為相變材料的復(fù)合儲(chǔ)熱材料的新型合成方法并研究了其在天然橡膠中的應(yīng)用。研究結(jié)果表明，微膠囊結(jié)構(gòu)提高了儲(chǔ)熱材料的相變潛熱，分析認(rèn)為微膠囊化的二十烷相變潛熱的提高歸因于其在微膠囊內(nèi)的結(jié)晶行為。微膠囊壁材阻礙了相變材料二十烷的結(jié)晶行為，致使相變材料呈現(xiàn)分步結(jié)晶和更大的放熱特性，結(jié)論認(rèn)為分步結(jié)晶過(guò)程間接地解釋了熔融過(guò)程中相變潛熱的增加。然而，高鏈烷烴作為一種常見的相變材料，文獻(xiàn)都采用DSC和XRD等實(shí)驗(yàn)手段對(duì)高鏈烷烴作為相變材料在微膠囊內(nèi)的分步結(jié)晶以及結(jié)晶溫度的偏移進(jìn)行較深入的研究，認(rèn)為高鏈烷烴在幾何受限效應(yīng)中出現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)相是造成其特殊結(jié)晶行為的主要原因。隨后，Chen等研究了自組裝碳管復(fù)合有機(jī)相變材料的定形結(jié)構(gòu)的相變特性，其相變潛熱提高約為10%，指出自組裝碳管與相變材料界面結(jié)合特性是其主要原因。盡管目前對(duì)于微封裝相變材料提高相變潛熱的機(jī)理研究并不完善，但是確實(shí)提供了一個(gè)從界面探討復(fù)合結(jié)構(gòu)材料相變特性的新視角。

復(fù)合結(jié)構(gòu)相變材料的導(dǎo)熱

微膠囊相變材料主要以高分子聚合物等有機(jī)材料作為壁材，導(dǎo)熱性能差，另外微膠囊之間較大的界面熱阻顯著影響了材料在應(yīng)用過(guò)程中整體的熱傳遞特性。定形相變材料由于不局限于基體與相變材料的核殼結(jié)構(gòu)，在增強(qiáng)材料的導(dǎo)熱性能方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，特別是以碳材作為結(jié)構(gòu)基體材料在有機(jī)相變材料的性能優(yōu)化方面得到了廣泛研究。

Yavari等 通過(guò)熔融混合-加壓成形的方式直接制備了石墨烯 PCM復(fù)合的儲(chǔ)熱材料，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的石墨烯含量實(shí)現(xiàn)了復(fù)合相變材料導(dǎo)熱性能相比于純相變材料高達(dá)4倍的提高。

Gao等 通過(guò)納米碳管自主裝與石蠟熔融浸滲制備的石蠟-碳管復(fù)合的定形結(jié)構(gòu)材料（PW-CNTs）在實(shí)現(xiàn)相變潛熱的提升的同時(shí)增加了復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的導(dǎo)熱性能。

Li等 利用礦物與硬脂酸復(fù)合制備定形結(jié)構(gòu)儲(chǔ)熱材料，利用微波強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，同時(shí)提高了材料的儲(chǔ)熱密度以及導(dǎo)熱性能，并對(duì)復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了探討。

儲(chǔ)熱技術(shù)基于大部分能量轉(zhuǎn)化都是通過(guò)熱能的形式實(shí)現(xiàn)這一事實(shí)，是最簡(jiǎn)單的一種儲(chǔ)能方式，它在能源問(wèn)題日益嚴(yán)峻的將來(lái)必將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。從靜態(tài)功能上來(lái)講，儲(chǔ)熱的熱力學(xué)性能揭示了提高儲(chǔ)熱的質(zhì)，即密度是其發(fā)展的內(nèi)在要求，而研究開發(fā)新型寬溫域儲(chǔ)熱材料是提高其儲(chǔ)熱密度的最有效途徑。從動(dòng)態(tài)功能上講，更應(yīng)該將儲(chǔ)熱放在整個(gè)熱力系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中，以通過(guò)對(duì)儲(chǔ)熱這一新模塊的動(dòng)態(tài)管理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能源的最優(yōu)配置，而要實(shí)現(xiàn)這一目的就必須對(duì)儲(chǔ)熱過(guò)程進(jìn)行深入的研究和探索。

（1）有機(jī)類儲(chǔ)熱材料在固體狀態(tài)時(shí)成形性較好，一般不易出現(xiàn)過(guò)冷和相分離現(xiàn)象，并且對(duì)材料的腐蝕性較小，性能比較穩(wěn)定、毒性小、成本低。但其導(dǎo)熱系數(shù)小，導(dǎo)致對(duì)熱量變化的響應(yīng)速度慢，同時(shí)密度較低，從而單位體積的儲(chǔ)能能力較小，并且有機(jī)物一般熔點(diǎn)較低，易揮發(fā)、易燃、易被空氣中的氧氣緩慢氧化老化。有機(jī)類儲(chǔ)熱材料與無(wú)機(jī)類陶瓷材料及碳材料復(fù)合是解決有機(jī)類儲(chǔ)熱材料存在問(wèn)題的有效途徑。

（2）近期對(duì)無(wú)機(jī)鹽儲(chǔ)熱材料的研究表明，對(duì)不同配方的新型熔鹽的研究探索了潛在的、有應(yīng)用前景的優(yōu)良材料，對(duì)現(xiàn)有的熔鹽體系進(jìn)行摻雜實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化也成為一個(gè)新的突破點(diǎn)，逐漸獲得關(guān)注。對(duì)這些潛在材料的進(jìn)一步研究和試驗(yàn)生產(chǎn)，為適應(yīng)正在急速發(fā)展的各種儲(chǔ)能系統(tǒng)的不同要求提供了可行途徑。

（3）最近由于合金類相變儲(chǔ)熱材料密度較高和相變潛熱較低，導(dǎo)致其在對(duì)重量較敏感的儲(chǔ)熱領(lǐng)域關(guān)注度不高。但低熔點(diǎn)合金相變儲(chǔ)熱材料的研究逐漸受到關(guān)注。低熔點(diǎn)合金由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，已被廣泛應(yīng)用于釬料、易熔合金保險(xiǎn)絲、控溫元件和模具制造業(yè)等。此外，低熔點(diǎn)合金還具有沸點(diǎn)高、化學(xué)活性低、導(dǎo)熱系數(shù)大、密度高等特點(diǎn)，是一種潛在的熱量?jī)?chǔ)存和傳輸介質(zhì)。該系列儲(chǔ)熱材料有望與傳統(tǒng)的有機(jī)和無(wú)機(jī)儲(chǔ)熱材料進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。

（4）微膠囊相變材料盡管有望解決材料相變時(shí)的滲漏、相分離等問(wèn)題，但微膠囊在實(shí)現(xiàn)較好的封裝效果的同時(shí)往往難以實(shí)現(xiàn)熱性能的提高。定形結(jié)構(gòu)相變材料更有利于平衡結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)復(fù)合結(jié)構(gòu)儲(chǔ)熱材料的研究應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。復(fù)合結(jié)構(gòu)儲(chǔ)熱材料的研究多集中在低溫范疇，對(duì)中高溫領(lǐng)域復(fù)合結(jié)構(gòu)相變材料的深入研究才剛剛起步，拓展復(fù)合結(jié)構(gòu)儲(chǔ)熱材料的溫度應(yīng)用領(lǐng)域、中高溫材料的篩選以及從材料界面-結(jié)構(gòu)-性能優(yōu)化等多尺度問(wèn)題的研究都是未來(lái)研究的重點(diǎn)。

在傳統(tǒng)的以化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)中，能量尤其是高品位的電能需求主要由供應(yīng)端實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)產(chǎn)出實(shí)現(xiàn)供需平衡，儲(chǔ)能尤其是高品味儲(chǔ)能技術(shù)的需求并不大，因而雖然儲(chǔ)熱技術(shù)有很長(zhǎng)的發(fā)展歷史，但其實(shí)際應(yīng)用主要局限在低品位熱能的儲(chǔ)存和利用，如儲(chǔ)熱供暖和熱水供應(yīng)以及冰儲(chǔ)冷制冷等。

近年來(lái)伴隨著大量可再生能源尤其是可再生電力的應(yīng)用以及日益嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題，高品位儲(chǔ)能技術(shù)以及余熱的高效回收利用越來(lái)越被人們所重視，這也為儲(chǔ)熱技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了機(jī)遇。在大規(guī)模太陽(yáng)能熱發(fā)電與工業(yè)余熱回收等技術(shù)中，中高溫儲(chǔ)熱技術(shù)已經(jīng)成為其發(fā)展瓶頸。在規(guī)模儲(chǔ)能方面，深冷儲(chǔ)能技術(shù)，即利用液態(tài)空氣作為儲(chǔ)能介質(zhì)的一種儲(chǔ)熱技術(shù)，開始顯現(xiàn)出強(qiáng)大的市場(chǎng)潛力而受到了相當(dāng)?shù)闹匾?。然而這些高品位儲(chǔ)熱技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用還要受到諸多方面的限制，如儲(chǔ)熱材料與儲(chǔ)熱器的相容性問(wèn)題、儲(chǔ)熱器的優(yōu)化傳熱問(wèn)題、成本及安全性問(wèn)題等，這些都是新時(shí)期儲(chǔ)熱技術(shù)面臨的新挑戰(zhàn)，只有從儲(chǔ)熱材料和儲(chǔ)熱過(guò)程（系統(tǒng)）兩個(gè)方面入手進(jìn)行深入研究和探索才可能解決以上的問(wèn)題并實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)熱技術(shù)的推廣應(yīng)用。

儲(chǔ)熱材料的研究目前主要是集中于顯熱儲(chǔ)熱材料和相變材料，尤以儲(chǔ)熱密度高、儲(chǔ)熱裝置結(jié)構(gòu)緊湊的高溫相變材料為主，其中各種混合鹽類因其可以在中高溫工作區(qū)域內(nèi)通過(guò)調(diào)節(jié)不同鹽類的配比來(lái)控制物質(zhì)的熔融溫度而吸引了很多研究者的興趣。

除了鹽類的簡(jiǎn)單混合，研究人員正嘗試加入金屬合金以及其它復(fù)合材料并通過(guò)納微材料合成技術(shù)和納微尺度傳熱強(qiáng)化技術(shù)制備成滿足要求的納微結(jié)構(gòu)儲(chǔ)熱材料，以解決其傳熱性能（導(dǎo)熱系數(shù)）、力學(xué)性能（強(qiáng)度）和化學(xué)穩(wěn)定性較差的問(wèn)題。

在儲(chǔ)熱過(guò)程（系統(tǒng)）方面，不僅關(guān)注儲(chǔ)熱換熱器本身的性能，而且以換熱系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)整體為著眼點(diǎn)，通過(guò)在現(xiàn)有的熱流網(wǎng)絡(luò)中添加儲(chǔ)熱單元這一環(huán)節(jié)以實(shí)現(xiàn)能量的最優(yōu)配置，提高系統(tǒng)整體的效率 。如前所述，終端用戶所需的各種能量絕大部分是通過(guò)熱能的形式轉(zhuǎn)化或以熱能為最終形式的，因而加入儲(chǔ)熱環(huán)節(jié)是對(duì)系統(tǒng)能量流在時(shí)空上調(diào)節(jié)和優(yōu)化配置的最簡(jiǎn)單方式。然而必須注意這樣一種系統(tǒng)尺度上的調(diào)節(jié)是一種多物理過(guò)程、非穩(wěn)態(tài)、強(qiáng)非線性耦合的復(fù)雜系統(tǒng)。構(gòu)建這類系統(tǒng)最主要的難點(diǎn)為：

①系統(tǒng)涉及的余熱源、轉(zhuǎn)換的電源、熱電用戶這三大要素之間相互依賴，這種相互依賴往往造成能量供給與需求之間矛盾的加大或不可調(diào)和，進(jìn)而使系統(tǒng)的熱效率大打折扣；

②余熱源、轉(zhuǎn)換的電源、熱電用戶在時(shí)空上不斷變化，尤其是余熱源的間隙性和能級(jí)分化。余熱源的間隙性具體表現(xiàn)為隨工況的波動(dòng)，它往往使熱能的回收與持續(xù)利用變得十分困難。從這個(gè)意義上講，儲(chǔ)熱過(guò)程（系統(tǒng)）的研究是一個(gè)動(dòng)態(tài)熱管理的過(guò)程，它通過(guò)在時(shí)空上對(duì)系統(tǒng)能量流、 流及現(xiàn)金流進(jìn)行預(yù)測(cè)（或測(cè)量）、調(diào)節(jié)分配及優(yōu)化控制等，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)的能量配置和最佳的整體效率和效益。

智能移動(dòng)供熱車

智能移動(dòng)供熱設(shè)備簡(jiǎn)稱移動(dòng)供熱車，是一種新型的余熱利用與集約化供熱模式，把工業(yè)余熱儲(chǔ)存到移動(dòng)供熱車上，為需要熱能的地方輸送熱能。它主要由：儲(chǔ)熱柜、控制部件及放熱/儲(chǔ)熱管道、載車等部分組成。產(chǎn)品的使用領(lǐng)域?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)、采暖、洗浴、洗滌、酒店、賓館等需用分布式能源的場(chǎng)所。

風(fēng)能熱能儲(chǔ)存

風(fēng)能與其他能源相比，具有蘊(yùn)藏量大，分布廣泛，永不枯竭的優(yōu)勢(shì)，但受天氣和季節(jié)的影響非常大，遇到陰雨天和無(wú)風(fēng)天氣，則會(huì)造成電力供應(yīng)緊張甚至中斷，給廣大使用該類可再生能源的用戶，造成生產(chǎn)和生活的嚴(yán)重影響。風(fēng)能通過(guò)漿葉轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，機(jī)械能通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變成電能，電能通過(guò)電熱器轉(zhuǎn)變成熱能儲(chǔ)存于儲(chǔ)熱材料中，當(dāng)需要時(shí)可及時(shí)供應(yīng)生產(chǎn)及生活中的熱水、熱風(fēng)、熱蒸汽。主要用于住宅、別墅、小型辦公區(qū)域、邊防哨所、公路收費(fèi)站等取暖、洗浴及生活熱水，還可應(yīng)用于石油輸送加熱、瀝青加熱、農(nóng)牧業(yè)采暖等領(lǐng)域。

太陽(yáng)能熱儲(chǔ)存

太陽(yáng)能集熱器把所收集到的太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化成熱能并加熱其中的傳熱介質(zhì)，經(jīng)過(guò)熱交換器把熱量傳遞給蓄熱器內(nèi)的蓄熱介質(zhì)，同時(shí)，蓄熱介質(zhì)在良好的條件下將熱能儲(chǔ)存起來(lái)。當(dāng)需要時(shí)，即利用另一種傳熱介質(zhì)通過(guò)熱交換器把所儲(chǔ)存的熱量提取出來(lái)輸送給熱負(fù)荷；在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)熱源的溫度高于熱負(fù)荷的溫度時(shí)，蓄熱器吸熱并儲(chǔ)存，而當(dāng)熱源的溫度低于熱負(fù)荷的溫度時(shí)，蓄熱器即放熱。

電力調(diào)峰熱能儲(chǔ)存

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)電力市場(chǎng)呈現(xiàn)出新的特點(diǎn)：電力系統(tǒng)中的電力負(fù)荷峰谷差不斷增大，電力負(fù)荷低谷期發(fā)電量過(guò)剩，而電力負(fù)荷高峰期發(fā)電量不足，不利于解決電力負(fù)荷的峰谷差問(wèn)題。以熱定電的運(yùn)行模式已不適應(yīng)現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)電力、供熱市場(chǎng)的要求，同時(shí)面臨著新的運(yùn)行模式的挑戰(zhàn)。近年來(lái)我國(guó)民間和工業(yè)用電大幅上升，而在民用和工業(yè)熱水供應(yīng)、采暖、空調(diào)、工業(yè)干燥及電熱電器上，利用儲(chǔ)能技術(shù)來(lái)加快傳統(tǒng)工業(yè)和民用電氣產(chǎn)品改造，積極開發(fā)和利用儲(chǔ)能鍋爐和儲(chǔ)能式設(shè)備及電熱電器產(chǎn)品，甚至建立靈活機(jī)動(dòng)的中小型儲(chǔ)能熱電站，量大面廣和靈活使用谷期電力，是實(shí)現(xiàn)峰谷電價(jià)、改善電網(wǎng)負(fù)荷平衡和淘汰效率低下機(jī)組的切實(shí)可行的手段，也是使用廉價(jià)而又清潔的電力，改善城市環(huán)境的可行辦法，在全國(guó)已經(jīng)全面實(shí)行分時(shí)記度電價(jià)政策時(shí)，儲(chǔ)熱技術(shù)便成為工業(yè)和民用的熱點(diǎn)。

工業(yè)余熱間歇式儲(chǔ)存器

工業(yè)余熱資源因?yàn)檩d體多樣、分布分散、衰變快、不可儲(chǔ)存、穩(wěn)定性差等原因，一直未得到大量應(yīng)用；工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程排出的余熱一般波動(dòng)很大，而且與用熱負(fù)荷的波動(dòng)并不同步，所以實(shí)現(xiàn)工業(yè)余熱的回收利用時(shí)，通過(guò)儲(chǔ)熱技術(shù)來(lái)平衡用熱負(fù)荷是余熱回收的重點(diǎn)，工業(yè)余熱間歇式儲(chǔ)存器主要用于蒸汽熱能回收、煙氣，熱風(fēng)熱能回收。

儲(chǔ)熱介質(zhì)吸收太陽(yáng)輻射或其他載體的熱量蓄存于介質(zhì)內(nèi)部，環(huán)境溫度低于介質(zhì)溫度時(shí)熱量即釋放。

熱量以顯熱、潛熱或兩者兼有的形式儲(chǔ)存。顯熱是靠?jī)?chǔ)熱介質(zhì)的溫度升高來(lái)儲(chǔ)存。常溫下水和卵石均為常用的儲(chǔ)熱材料，水的儲(chǔ)熱量是同樣體積石塊的3倍。潛熱儲(chǔ)存是利用材料由固態(tài)熔化為液態(tài)時(shí)需要大量熔解熱的特性來(lái)吸收儲(chǔ)存熱量。熱量釋放后介質(zhì)回到固態(tài)，相變反復(fù)循環(huán)形成貯存、釋放熱量的過(guò)程。

儲(chǔ)熱技術(shù)包括兩個(gè)方面的要素，其一是熱能的轉(zhuǎn)化，它既包括熱能與其它形式的能之間的轉(zhuǎn)化，也包括熱能在不同物質(zhì)載體之間的傳遞；其二為熱能的儲(chǔ)存，即熱能在物質(zhì)載體上的存在狀態(tài)，理論上表現(xiàn)為其熱力學(xué)特征。雖然儲(chǔ)熱有顯熱儲(chǔ)熱、潛熱儲(chǔ)熱和化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)熱等多種形式，但本質(zhì)上均是物質(zhì)中大量分子熱運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量。因而從一般意義上講，熱能存儲(chǔ)的熱力學(xué)性質(zhì)與熱力學(xué)性質(zhì)相同，均有量和質(zhì)兩個(gè)衡量特征，即熱力學(xué)中的第一定律和第二定律。

儲(chǔ)熱槽是一種儲(chǔ)熱設(shè)備，能有效實(shí)現(xiàn)熱能的存儲(chǔ)和釋放。

按照相變材料的成分，可分為無(wú)機(jī)物和有機(jī)物(包括高分子)兩類。使用最多的相變儲(chǔ)熱體是無(wú)機(jī)鹽類(水合鹽)以及石蠟等有機(jī)材料。

1、無(wú)機(jī)相變儲(chǔ)熱體

無(wú)機(jī)相變儲(chǔ)熱體廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)或公用設(shè)施中回收廢熱和儲(chǔ)存太陽(yáng)能，它的儲(chǔ)能密度大、成本低、對(duì)容器腐蝕性小、制作簡(jiǎn)單，是固一液相變儲(chǔ)能的主流，已取得顯著成果。

2、有機(jī)相變儲(chǔ)熱體

根據(jù)熔點(diǎn)、熔解熱、性能穩(wěn)定性、價(jià)格來(lái)看，飽和的碳?xì)浠衔?石蠟)、某些結(jié)晶聚合物(塑料)以及某些天然生成的有機(jī)酸都是比較實(shí)用的有機(jī)相變材料。其中石蠟作為建筑物供暖和空調(diào)系統(tǒng)的相變材料，得到了比較廣泛深入的研究。