曾侯乙青铜冰鉴(图片来源:参考文献6)对冰鉴的利用可追溯至西周 , 《周礼·天官·凌人》记载:“祭祀供冰鉴 。 ”一般的冰鉴分为内外两层 , 外层盛装冰块 , 内层贮藏食物或酒 。 外层留有小孔 , 冰化成水后即会从下方流出 , 顺便还能降低整个房间的温度 。 唐代著名诗人元稹也曾用冰鉴来喻月:“绛河冰鉴朗 , 黄道玉轮巍 。 ”(《月三十韵》)
2.“恒温”水杯
冰爽虽好 , 但寒冬来临时你也许会想喝些温热的茶水 。 要想在寒冷的冬天随时喝到热水 , 我们离不开保温杯 , 然而“开盖烫嘴 , 降温费时”却成为我们不得不面对的难题 。 如果希望总能喝到50℃左右温水的话 , 应该怎么办呢?
不难想出:设计思路和冰鉴完全相同 , 只需要将外层的冰变成50℃左右发生相变的材料就可以了 。
通过查询我们发现 , 三水醋酸钠的熔点大约在58℃ , 将它填充在恒温杯的外壁里再好不过了 。
当我们将95℃的热水注入这样的恒温杯后会发生什么呢?热水里的热量会迅速被传导至外壁的三水醋酸钠内“储存“起来 , 由于三水醋酸钠在发生相变时会维持在58℃ , 杯内的水也会随之迅速被冷却到这个温度;不仅如此 , 如果你长时间没有饮用这杯水 , 刚刚储存在三水醋酸钠内的热量又会被取出来 , 维持杯内的水温 。 一杯自动冷却、自动保温的水 , 谁不爱呢 。
恒温水杯设计示意图(左)热水分别在普通水杯(红)和恒温水杯(蓝)内的温度随时间变化示意 , 不难看出在使用恒温杯时 , 能在更大的时间范围内喝到适当温度的水(图片来源:作者提供)
3.“恒温”房间
在同样的构思下 , 研究人员们也制造出了许多用于建筑的相变储能材料 , 来尝试制造四季如春的“恒温”房间 , 常见的如石蜡、脂肪酸、盐类水合物、高分子、泡沫金属、石墨烯基复合材料等材料体系均已被应用在“恒温”房间的设计制造中 。 通过将上述材料注入墙壁夹层中 , 就可以极大提高房间对温度波动的耐受能力 。
德国达姆施塔特大学利用了PCM材料已经设计了许多“微能耗”的住宅 , 利用PCM石灰板作为吊顶 , 室内不额外设计制冷和供暖系统 , 仅利用PCM的储热能力就可以使室内维持稳定的温度 。
你可能已经意识到 , 相变蓄热材料作为一个热能“银行” , 不可能无限地储存和搬运热量 , 它能够储存搬运的上限就是相变材料的总相变热 。
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