热能储存技术

热能虽然是一种低质量的能源，但是从它在所利用的全部能源中占60%这一点来看，储热的意义是很重大的。假设在低温T1下为α相的单位质量的储能物质经加热到高温T2时变成β相。如设cα、cβ分别为α、β相的比热容，Ht为相变潜热，Tt为相变的温度，T为温度，则相变过程中储存起来的全热能Q可由下列公式求得：

因此，质量为m的物质，其储能量为Q的m倍，作为一个理想的储能物质，它应具有下列特性：①价格便宜；②储能密度大；③资源丰富，可以大量获得；④无毒，危险性小；⑤腐蚀性小；⑥化学性能稳定。如果T2＞T1，如设T1为基准温度（常温），则为储热；如设T2为基准温度，则为储冷；另外，和Ht无关的储热，称之为显热储热；除此以外的，称为潜热储热。对储热来说，选用比热容大的物质也是增加储热量的一种方法。

采用水和碎石储热材料的太阳能房屋是潜热利用系统的一个具体例子。由于这些材料价廉、安全，因此在潜热储热系统中得到广泛应用。

所谓潜热，一般是在物质相变时才有，例如，冰融化时的熔解热等。这种相变一般有以下四种情况：①固体物质的晶体结构发生变化，例如，六方晶格的锆，在871℃的温度下，晶格变成体心立方型，此时相当于吸收了53 kJ/kg的热量。为了利用这种潜热，人们研究了储热材料；②固、液相同的相变（即熔解、凝固）。是指冰的融化，水的结冰，具体的应用实例有冰库等。利用这种潜热的有BeCl2、NaF、NaCl、LiOH、LiNO3、KCl、B2O3、Al2Cl6、FeCl3、NaOH、H3PO4、KNO3，而共熔混合盐储热物质有KCl·KNO3、NaCl·Na NO3、CaCl·LiNO3、BaCl2·KCl·LiCl、KF·NaF·KNO3、NaCl·Na NO3·NaSO4、KBr·KCl·LiCl；③液、气相的相变（即气化、冷凝），相当于所述蒸汽储热器等场合的水的蒸发和蒸汽的冷凝；④固相直接变成气相（即升华），碘等若干物质具有这种现象。这里的升华热量大体等于熔解热和汽化热的和。据试验，固体碘在室温下，以0.31 mm Hg的压力升华时吸收的热量为245 kJ/kg。

如上所述，相变有几种不同的形式，但相变时潜热也并非都可以用来储热。对潜热储热来说，最好的办法是利用熔解热。尽管相变时体积会有所变化，而且变化量也会因物而异，但和原物体相比最多差20%，因此，在选择这种储热材料，特别是选择盐类时应考虑以下几点：①该物质的熔点是否在规定的加热、冷却温度范围之内；②熔点变化大否；③相变时体积变化小否。