相变材料的广泛应用

相变材料的广泛应用

相变材料引用到建筑，是建筑领域革命性发展。主要作用结果是节能，可以达到节能60%-99%。以北方采暖为例，使用相变材料，按照100平米的房屋为测量单位计算，一个采暖季的用电量只有10度左右。
传统制冷设备，如空调、冷藏车、冷库，均是采取压缩机制冷技术进行制冷，不仅耗电，而且不环保。采用相变技术，可以替代压缩机进行制冷，节能60%以上。
在通讯、电力等设备箱（间）降温方面，相变材料可以节省设备成本75%以上。在通讯领域，已经广泛应用于通讯基站的机房、电池组间，使传统的一年寿命的设备可以延长到4年或更多。
运用范例：相变材料恒温UPS机箱
1. 介绍
不间断电源（UPS）作为一种可靠的电源供给系统被广泛应用于各行各业如通信，铁路和油田等。在很多情况下UPS与用电设备一起被安装在野外，受环境的影响很大。而UPS中蓄电池的充放电产生的高温和环境温度升高都会影响其寿命。在常温25℃时，温度每上升10℃，电池的寿命将缩短一半。使用空调给UPS降温的运行和维护成本甚至比更换电池的成本还高。大部分安装UPS的野外机箱或设备箱的箱内温度控制是通过箱体的隔热材料并利用空气对流来实现的，这种控制温度方式存在两个很大的缺陷：一、当箱外的环境温度升高时，箱内的UPS或其它设备运行都产生热量，自身的热再加上环境的热，就非常容易产生高温；二、箱体使用了隔热材料，是为减少受箱外的温度的影响，亦正因为这样，内部的热无法及时散去而会慢慢积累，最终导致温度上升；这些箱体都是长年放置于野外使用的，往往因为长期高温工作，因而影响了箱内的UPS 和各种设备或电子元件的性能，使正常的使用寿命缩短，增加了经营成本。特别是在边远地区或温室效应大的区域，以上的问题仍然没有较好的解决方法，所能做得只是频繁地更换电池和各种设备。
2 解决方案
为了解决野外UPS机箱、设备箱或信号箱的温度控制难题，研发者提供了一种特殊的相变材料能量存储热交换的方案。已知许多物质在特定温度下会改变形态，这类物质称为相变材料（Phase Change Material- PCM）. 相变材料在改变形态时会吸收或释放能量，称之为潜热。本方案利用相变材料在发生相变时吸收潜热的特性，在UPS机箱、设备箱、信号箱等内填装一定数量的相变材料，并使用进风/排风扇和相应的箱内外温度监控装置而达致温度控制的效果；当监 测到箱体外环境温度低于相变温度及箱体内的温度高于设备指定温度时，通风控制系统的装置会将箱外的空气输入箱内，一方面为箱体制冷，另一方面将能量储存在相变材料中；当监测到箱体外环境温度高于相变温度或箱体内的温度低于某一指定温度时，通风控制系统会停止工作，释放已存储的冷能量，达到制冷的目的。在这过程中只消耗少许的电能（风扇耗电），但可以很好地解决野外UPS机箱的温度控制难题。
本方案所采用32°C的相变材料，具有潜热大和稳定性高的特点，使用周期可长达二十年以上。相变材料被嵌入特制的铝合金散热器中，散热器的一部在机箱内部，吸收机箱内UPS和设备产生的热量。另一部在机箱上部通过风扇和环境进行热交换。
温度控制系统的工作由监控装置控制，其监测的目的是：维持箱内的温度于某一特定的温度，此温度有利于箱中的UPS电池和电子部件的寿命得以延长；恒定温度的选择要保证在夏天机箱外的温度非常高的时候也不会影响内部部件的寿命，增加经营成本。
一个典型的温度控制过程如下：
当监测到箱内的温度高于40℃及箱外温度低于30℃时，进风风扇及排风风扇会即刻起动，为相变材料提供能量的交换，相变材料散热器吸收机箱内的热量和外部环境进行能量交换，达至温度控制的效果；当监测到箱内的温度低于37℃或箱外的温度高于32℃时，进风风扇及排风风扇会停止工作，利用相变材料已存储的能量进行交换，达至温度控制的效果。
实际应用测试效果
对安装了相变材料的UPS机箱的温度进行测试
测试条件与环境：采用29°C相变材料，机箱外温度40°C，相变材料重量为50公斤。