简析热能贮存和应用中存在的问题和对策
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摘要：热能贮存技术是提高能源利用率和保护环境的重要技术，可以缓解因燃煤供暖而造成的环境污染和能源浪费的问题，因此，寻求低温热能的低成本、高效贮存的方法，有望为解决供需矛盾提供可行的途径。论文重点从提高能源利用效率和节能的角度，基于热能贮存的热泵技术探讨了热能贮存和应用中存在的问题，并给出针对性建议。
关键词：热能贮存应用问题
热能的直接利用是指直接用热能加热物体，热能的形式不发生变化，例如传统的蒸煮和取暖、工业热处理、建筑物空气调节、农副产品、木材、纸张的干燥等。在热能利用过程中，人们遇到了一系列需要加以解决的问题，比如在许多能源利用系统中(如太阳能系统、建筑物空调和采暖系统、冷热电联产系统、废热利用系统等)存在着能量供应和需求之间在时间、强度和地点上的差异，即存在着供能和耗能之间的不协调性，从而造成了能量利用的不合理性和大量浪费。从提高能源利用效率和节能的角度，基于热能贮存的热泵技术是缓解这一矛盾的可行途径。
1热能贮存方式的分类
目前主要的热能贮存方法有显热热能贮存、潜热热能贮存和化学反应热能贮存三种。
1）显热热能贮存。当对热能贮存介质加热时，其温度升高，内能增加，从而将热能储存起来。显热热能贮存的原理十分简单，实际使用也最为普遍。利用显热热能贮存时，热能贮存材料在储存和释放热能时，材料自身只是发生温度的变化，而不发生其他任何变化。这种热能贮存方式简单，成本低。
2）潜热热能贮存。潜热热能贮存是以固～液，液～气之间过程中的潜热为主，同时也利用各相内温度变化的显热。利用水蒸汽气―液潜热的蒸汽热能贮存器，以及利用石蜡、硬脂酸等有机材料、熔融盐等固液相之间的融解和凝固时的热量，都是利用潜热热能贮存的方式。从广义而言，也包括固体中结晶构造变化和结晶水的动态变化等的潜热，所以潜热热能贮存也考虑以下几种情况：固体内结晶构造的变化，结晶水的放出和再结晶；熔化、凝固时的固液之间的；水蒸汽等的液气之间的，即沸腾和凝结；固－气之间的，即升华。
3）热化学方法热能贮存。化学反应储能是利用可逆化学反应热来进行储能的，例如，正反应吸热，储存热量。逆反应放热，释放能量。这种方式的储能密度虽然很大，但是技术复杂并且使用不方便，目前只在太阳能领域受到重视，离实际应用还有一定的距离。这种系统与潜热系统同样具有在必要的恒温下产生的优点。热化学储能的另一个优点是不需要绝缘的储能罐。其反应装置复杂而又精密，必须由经过训练的人员进行细致的保养，这也是影响你应用的一个方面。
2热能贮存应用存在的问题
热能贮存技术需研究的问题很多，主要可归结为两大类：一类是材料的研究，包括材料的物性及材料与容器的相容性、材料的寿命及稳定性等,这就涉及热物性测定、量热技术分析和物理化学领域；另一类是热物理问题的研究，包括传热过程的基本机理、提高材料导热能力的措施、贮热装置的强化传热、热能贮存(换热)器的设计及运行工况的控制等。通过阅读大量的国内外文献资料可以看出，目前热能贮存的研究方面，除了在寻找、合成新的材料外，在如何改善材料导热方面的研究等热物理问题也是被不断提出的论题。而本课题主要是从热能贮存材料本身的一些特点出发，利用自身部分优势，结合当今社会人们的生活需要，从环保的角度出发，研究开发所谓的“绿色”产品，以满足不同人群追逐舒适生活的要求。热能贮存垫就是在这种情况下，作为一种研究产品出现，它利用一些材料的高潜热，缓放热的优点，制成的热能贮存用生活用品，既实现了人们追逐生活品质的要求，也作到了使储热能能够真正地得到广泛应用的条件。
3储能技术在实际工程中的应用
3.1储能在建筑材料方面的应用
随着现代建筑不断向着高层发展，要求所用围护结构的选材轻质为好。但普通轻质材料热容较小，导致室内温度波动大。这不仅造成室内热环境不舒适，而且还增加了室内空调负荷，使建筑耗材上升等弊端。通过向普通建筑材料中加入材料，可以制成较高热容的轻质建筑材料。如混凝土、石膏板等。利用储能复合材料构筑围护结构，可以降低室内温度波动，提高舒适度，使建筑供暖或空调不用或是减少能耗，提高建筑节能的效果，从而获得经济和社会价值。目前储能建筑材料的发展主要分为两个方面：一是材料的筛选和改进；二是材料与基体材料的复合方法。此外，储能建筑材料的研究还应该与建筑、暖通空调等领域密切配合，进一步发挥储能建筑材料的优势，真正达到最佳的建筑节能效果。
3.2储能材料在工程建筑中的应用
材料在建筑空调和供暖领域内的研究主要有三个方面：建筑围护结构、供暖储热系统和空调蓄冷系统。近年来，由于日益严重环境问题和紧迫的能源危机，人们要求保护环境、净化天空、节约能源的呼声日益增高。在我国的北方冬季城市采暖燃煤锅炉所排放的粉尘和有害气体对空气污染非常严重。因此，在环保要求高的城市采暖供热中，燃煤锅炉房或燃煤炉灶将严格限制使用，具有热能贮存功能的电暖器可利用低谷电热能贮存，蓄存热量可随时供采暖使用，这不仅有利于缓解电力峰谷差，降低城市的燃煤污染，而且在实行峰谷电价分计的地区可节约运行费用，因此，研发具有热能贮存功能的电暖器具有广阔的应用前景。近年来随着电力部门积极推动减免电贴费，扩大峰谷电价差等相关政策措施，这也极大的促进了蓄能系统的推广应用。冰蓄冷空调就在这种条件下，获得了巨大的发展。1995年中国节能协会成立了蓄冷空调研究中心，同时，一些大中专院校也在积极从事蓄冷空调技术的研究工作。现在，蓄冷空调作为一种电力负荷的调峰手段，已经较广泛的应用于建筑空调和其他工业工艺用冷上。
3.3储能技术在农业领域内的应用
温室在现代农业中可克服恶劣的自然气候、拓展农产品品种、提高农业生产效率等。温室的核心是控制适宜农作物生长的温、湿度环境。利用材料的潜热特性，储存农用栽培温室中白天过量的太阳能。当夜晚温度下降到―定范围后释放出储存的这部分热能，使―天之中温室内温度曲线的高峰区有所下降，而低谷区有所上升，昼夜之间的温差变小，以保证冬季蔬菜等农作物正常生长。
3.4储能技术在纺织工业中的应用
美国国家航空航天局空间研究所开发了一种适合室内温度范围的材料，利用其存储和释放热量，他们将材料封装入微胶囊中，形成微胶囊材料。这种微胶囊技术也是现在研究较为广泛且较为成熟的技术。采用各种方式将微胶囊材料加入到纺织品中，制成的纺织品具有温度调节功能。目前已经有相关的产品并申请了专利。最初研究储能纺织产品的目的是为了更好的保护航天员和珍贵的设备，使他们免受外太空温度急剧变化的影响。近几十年来，各国的研究人员采用多种工艺线路开发调节温度的纺织品，发表了许多这方面的专利和研究报告。在材料的开发应用方面，取得了突破性的进展。国内研究的起步较晚，天津、广州、青岛等地有关院校在这方面做了许多工作。但是，目前纺织产品还限于小范围的研究开发阶段，距大批量的工业化生产还有很大的距离。
4结语
论文重点分析了几种常见的热能贮存方式，并简要分析了热能贮存应用存在的问题，最后探讨了储能技术在建筑业，农业，纺织业中的应用，旨在能进一步为热能贮存的设计和应用具有参考价值。
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