综述:混合太阳能-相变材料系统在节能建筑中的综合评述

【字体: 时间:2025年09月08日 来源:Sustainable Energy Technologies and Assessments 7

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  本综述系统评述了混合太阳能-相变材料(PCM)系统在建筑节能中的应用,涵盖光伏(PV)、光热(PVT)技术与热储能结合的最新进展。研究表明,PVT-PCM系统效率可达80%,降低暖通空调(HVAC)能耗40%,年减碳120-180 kg,同时探讨了纳米增强PCM、人工智能(AI)控制等创新方向,为净零能耗建筑提供解决方案。

  

混合太阳能-PCM系统:迈向净零能耗建筑的创新路径

分类与性能优势

混合太阳能-相变材料(PCM)系统通过整合光伏(PV)、光热及光伏-热(PVT)技术,显著提升建筑能效。其中PVT-PCM系统表现最优,综合效率近80%,远超独立PV或光热系统。PCM的相变潜热(150-250 kJ/kg)可稳定室内温度,减少暖通空调(HVAC)40%能耗,年减碳达120-180 kg。三类系统中,PVT-PCM因协同发电与储热被列为最具潜力配置。

材料与技术创新

传统PCM存在导热系数低(<0.3 W/m·K)、过冷和泄漏等问题。纳米增强PCM通过添加石墨烯等材料将导热性提升至5 W/m·K,而微胶囊化技术解决了封装难题。人工智能(AI)驱动的自适应控制系统可动态调节能量分配,使系统效率再提升15%。模块化改造方案则降低了既有建筑的集成难度。

挑战与未来方向

实际应用中,PCM降解、结构承重及高成本(投资回收期5-8年)仍是瓶颈。未来需聚焦四方面:1)开发复合PCM以延长寿命;2)AI算法优化实时响应;3)政策激励规模化应用;4)全生命周期评估(LCA)确保环境可持续性。

结论

混合太阳能-PCM系统为建筑脱碳提供了可行路径,但需跨学科协作解决技术-经济-政策壁垒,最终实现气候适应性净零能耗设计。

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