10月25日，由ESPLAZA长时储能网、CHPLAZA清洁供热平台主办，湖州工业控制技术研究院与浙江绿储科技有限公司联合主办，内蒙古梅捷新能源科技有限公司冠名赞助的2024第五届中国储热大会在浙江湖州盛大召开，中国建筑材料科学研究总院绿色建筑材料国家重点实验室学术带头人冀志江出席会议，对中国建筑蓄热材料技术发展的现在与未来进行了分析与展望。
图：冀志江
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建筑蓄热
从穴居建筑，木骨泥墙，再到现代建筑，人类对建筑蓄热环境的认识和改造也经历从适应环境，主动改造环境，再到适应与主动利用环境结合的3个发展阶段。
图：建筑蓄热的发展历程
冀志江认为，在这一历史过程中，现代建筑存在如何合理利用能源以及如何蓄热的问题。
如上图可见，不同气候带所用的建筑材料不尽相同，不同的气候条件也都因地因时而变，因此，建筑蓄热具有显著的气候区域差异性。
冀志江指出，建筑蓄热是一个非常重要且永恒的主题。现代建筑重在建筑形制和空间形式上的提升，过度依赖暖通空调设备系统，弱化了建筑体自身适应环境的能力，造成了极大的能源消耗。因此，我国提倡的低碳、节能目标在建筑领域还有极大的发展空间。
保温/隔热在应对稳定热流作用方面具有显著效果，而建筑蓄热在应对周期性温度谐波等不稳定热流作用方面则更有优势。通过建筑设计与选材，将建筑蓄热“削峰填谷”效应与设备环境等因素耦合，使建筑对昼夜/四季波动热流的调控作用最大化，可以大幅度降低建筑运行碳排放。
此外，建筑蓄热的原理有广义与狭义之分。狭义的建筑蓄热主要目标在于降低削峰差；广义的建筑蓄热考虑的方位则更广（如下图标示）。
图：狭义建筑蓄热
图：广义建筑蓄热
冀志江以“水杯”模型做形象比喻：传统建筑如直筒水杯，水的热量上去，水量却不一定能上去，而相变建筑则如大肚水杯，与在同样温度下的传统建筑相比，其热量更大，因此，相变材料与建筑蓄热的结合，为蓄热型围护结构的“轻量化”提供了关键材料基础。
图：建筑蓄热的“水杯”模型
冀志江认为，相变材料、蓄热材料之所以发展迟缓，与建筑的蓄热理论发展有关。
“我国的建筑节能设计目前基本上还是依据前苏联的设计方法，到现在为止也没有什么大的改变，而西方国家已经有了不同的理论体系。建筑设计理论方面应该多研究，把建筑设计理论与现代成果相结合，这样一来我们的蓄热技术才能够发挥作用。”
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建筑蓄热材料技术的发展现状
冀志江认为，分析建筑蓄热材料的发展现状，首先绕不开建筑蓄热的几个关键问题。
问题一：建筑蓄热与建筑围护结构保温的关系
他表示，保温与蓄热皆为营造舒适热环境、实现节能的重要技术手段，且相互补充。由于保温与蓄热对应解决建筑热扰动问题的类型不同，互相不能替代。
建筑在全年的运行条件下，部分时间可近似为一维稳定热作用，而剩余时间是典型的不稳定热作用，高热阻或者厚保温是对稳定热作用的极佳应对，但并非是应对不稳定热作用的有效途径，不稳定热扰动问题则需要建筑蓄热的削峰填谷作用来解决。
此外，蓄热材料在建筑围护结构中所处位置不同，作用也效果不同。
以江南地区为例，多数地方的相关标准规定了建筑要做内保温，内保温对建筑蓄热性能和建筑热波动舒适性会产生影响，从建筑节能、舒适角度讲不符合相关理论。因此，在墙体总厚度保持不变的情况下，保温层在外层，蓄热层在内侧，可以分别获得最佳的舒适度和节能效果。
问题二：建筑蓄热与建筑运行模式的关系
冀志江指出，首先，建筑蓄热的节能效果受建筑运行模式的影响和制约。
在不同的建筑类型及其特定运行模式下，建筑蓄热的节能效果具有差异性：在自然通风运行模式下，夜间蓄存冷量不足，蓄热体很难发挥全部效果，在空调或强制通风系统下，建筑蓄热蓄冷的效果可以被完全发挥，节能率可以达到30%~90%。
其次，气候条件对二者影响显著。
湿热条件下，建筑蓄热需与空调系统耦合，降低空调能耗的同时，营造更好的舒适度。然而，我国现有热工设计气候区划对建筑蓄热/蓄冷作用考虑不足，难以为建筑蓄热蓄冷设计提供基础支撑。相比湿热气候条件，在日夜温差较差大、太阳辐射强烈以及气候干燥的环境下，建筑蓄热/蓄冷作用的发挥潜力更大。
问题三：建筑节能舒适的蓄热蓄冷多因素、多机制耦合是否必要
冀志江认为，建筑节能舒适的蓄冷蓄热是多因素、多机制耦合，是非常必要的。“建筑节能强调多能联动，我们在不同气候区域要采取不同的技术措施，实现多机制的耦合，才能达到节能和降碳的效果。”
从蓄热理论的建立，到保温材料的出现，再到未来相变材料与建筑的结合，建筑蓄热材料技术经历了从传统人类经验理论到现代技术与认知的建筑热物理理论的发展历程。
冀志江指出，建材领域更强调把相变材料嵌入建筑材料当中，和建筑墙体、围护结构以及室内所用的电器设备紧密结合。建筑用相变材料应用于建筑的制品、构配件、能源系统等，可随温度变化而改变物质相态，并能提供潜热储存和释放的物质。
建筑用相变材料分为有机与无机两大类。可燃性是限制有机相变材料在建筑中应用的主要因素；寿命与封装技术则是无机相变材料研究的核心问题。
在封装方式上，建筑用相变材料的封装有微胶囊化与宏观封装两种。冀志江表示，微胶囊过去用于服装，后来用于建筑，成本和阻燃性都不能满足要求，性价比不高，因此其在建材领域没有前景。而宏观封装后相变单元的“建材化”是推动相变材料在建筑中应用的关键。
政策方面，早在2022年，“十四五”住房和城乡建设科技印发规划的“城乡建设绿色低碳重点任务”中就明确了绿色低碳建材包含相变储能材料；2023年工业和信息化部等十部门关于印发绿色建材产业高质量发展实施方案通知中强调要发展相变储能材料等新型绿色建材；2024年产业结构调整指导目录里强调低成本相变储能墙体材料及其墙体部件。
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相变节能建材产品开发与相关案例
中国建筑材料科学研究总院开发并试点应用了相变调温板材、相变调温吊顶、相变蓄热地暖模块。冀志江表示，这些材料经过实践，体现出了优良的效果。
图：相变调温板材
图：相变调温吊顶
图：相变蓄热地暖模块
下面是一些实施案例。
▍水泥房试验房
水泥试验房，把相变储热材料做成片材镶嵌在混凝土里，再镶嵌在建筑内表面。根据下图的室内温度对照变化情况与相变示范房与对照实验房屋顶内壁面温度变化情况可见，效果相当显著。其中红线代表室内对照的房间，蓝线代表铺设相热板的空间。
图：相变示范房与对照实验房室内温度变化情况
温度监测曲线表明，与对照实验房相比，相变示范房最高温度出现时间推迟162min，最高温度持续时间更短，最高温度降低4.4℃~5.7℃，室内温度波动幅度从11℃下降到6℃，相变蓄热板材显著提高了建筑的热惰性。
图：相变示范房与对照实验房屋顶内壁面温度变化情况
温度监测曲线表明，与对照实验房相比，相变示范房屋顶内壁最高温度出现时间推迟214min（约3.5h），最高温度持续时间更短，最高温度降低5.6℃，温度波动幅度从12.4℃下降到6.2℃。这证明相变材料在建筑蓄热和建筑舒适度方面确实能够发挥很大的作用。
▍相变调温板材——住建部“好房子”工程样板房
该工程于今年完工，项目为北京市二环某高层住宅楼，1997年设计，2000年建成，距今24年。该住宅楼地上22层，地下2层，建筑面积约1.7万平米，共176户居民。
相变调温板材用于旧房改造项目解决的主要问题：（1）室内热舒适性；（2）空调系统降碳。
▍相变调温板材——野外基站
该项目中试验基站详情见表1，基站均为砖混机房，A组基站建筑面积20 m²，B组基站建筑面积25 m²，A1和B1基站进行相变节能降碳改造，A2和B2基站不做改造作为空白对照组。测试时间为3月份~8月份共六个月。
根据空调用量可见，相变调温板材在野外基站发挥的作用非常显著。
▍相变调温吊顶——甘肃瓜州变电站宿舍节能改造项目
▍相变调温吊顶——绿色建筑材料国家重点实验室
▍相变蓄热地暖——CCB建融家园装修改造工程
CCB建融家园南礼士路店装修改造项目位于北京西二环附近阜成门商圈，原建筑为建工印刷厂房（住建部房产），建造于1976年。作为住建部主推的“好房子”试点工程，围绕“零碳、零污染、零采暖费、零噪声”的“四零”标准，着力打造成为北京市乃至全国的闲置房产再利用改造类的试点项目。
图：住建部姜万荣副部长、董建国副部长视察CCB建融家园项目
▍相变蓄热地暖——洛阳瑞昌环境办公楼供暖改造
根据实时监测用电量的效果，该项目节能率30%，峰谷电综合运行费用节约60%。
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建筑蓄热材料技术的标准化现状
冀志江指出，建筑蓄热材料标准目前来说整体还不成体系。
他表示，建材院也在大力推进建筑材料标准化的建设。JGJ/T 267《被动式太阳能建筑技术规范》是建材院所做的基础性的标准，属于国家层面的工业类标准。该标准中包含集热与蓄热的相关标准。
此外，GBT50378-2024《绿色建筑评价标准》对蓄冷、蓄热也给予了加分项。
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发展趋势与展望
最后，冀志江总结了中国建筑蓄热材料技术的发展趋势并进行展望，他指出：
（1）建筑蓄热的重视程度将逐步提升至——隔热/保温同等水平；
（2）无机相变材料将成为未来我国建筑蓄热材料发展的主流；
（3）应用技术有待大力发展；
（4）相变材料与建筑结构围护和装饰材料一体化，是分布式蓄热的发展方向；
（5）相变材料与可再生能源相结合形成建筑的部品部件是相变材料高效发挥作用的途径。
