CoolComposites: 相变材料带来的建筑革命

编者按

早在周代，我国就有“祭祀供冰鉴”的记录。所谓“冰鉴”就是夏天用来盛冰容器，用来冰镇食物。冰之所以可以冷却食物，是因为冰化成水的过程中会吸收大量的热量。这就是相变潜热。在现代社会，人们越来越多地依赖暖气或者空调来调节室内的气温，带来了雾霾，气候变暖，臭氧层破坏等诸多环境问题。于是，科学家们重新思考了这种古老的方法，并用现代的科技赋予它们新的生命。这就是我们今天来介绍的相变材料。

相变材料带来的建筑革命

人们发明了空调和暖气来抵御酷暑和严寒。然而空调和暖气也给自然环境带来了负荷。每年冬天，北方大部分地区都会供暖。供暖系统会消耗大量能量，带来了环境污染，导致严重的雾霾。而在夏季，空调也会消耗的电力。

现在出现了一种新型的建筑材料。它可以在白天吸收外界的热量，储存在材料内部，夜晚释放热量。如此来缓和日夜的温差，减少暖气和空调的使用。减小环境负荷。达到节能减排的作用。这就是相变材料。

 

什么是相变材料？

相变材料(PCM - Phase Change Material)是指以相变过程来储存热能的一种材料。由于相变潜热的存在，在物理状态发生变化时，材料自身的温度几乎维持不变，但是吸收或者释放的能量很大。举一个例子，在0°摄氏度时冰会化成水，由固态变为液态，但是温度保持不变。这个能量如果用来加热相同质量的1摄氏度的水，可以让水温升高到80摄氏度。由此可见，相变潜热蕴含着非常大的能量。

 

最初，相变材料是为了宇航员发明的。外太空的温度的变化非常剧烈。在突然的温度变化到来时，相变材料可以快速吸收或释放热量，保护宇航员的生命。

相变材料（Phase Change Materials, PSM）主要包括无机类、有机类和复合类三类。其中，无机类PCM主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等。有机类PCM主要包括石蜡、醋酸和其他有机物。复合相变储热材料的应运而生，它既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺点，又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。

将相变材料引用到建筑，将带来建筑领域的革命。以北方采暖为例，若使用相变材料（例如相变发热地板），按照100平米的房屋为测量单位计算，一个采暖季的用电量只有10度左右，可节能60%-99%。

 

相变材料还可用于公共设施建设，特别是简易房屋，如岗亭，建筑工地上的办公室，工人的临时宿舍等。采用无机相变材料，能在断电情况下保证室内温度恒定数小时，减少空调使用，为设备和人员提供适宜的工作温度。

随着物流冷链的建设，相变材料还可以用于冷链运输车。德国有企业用相变蓄能冷藏箱成功完成恒温24—96小时的冷藏运输。相变蓄能冷藏箱正在成为与冷藏车并列的一项新型环保的冷链物流技术。

 

CoolComposities

CoolComposites公司是一家来自美国的创业公司。他们开发了一种无机相变材料添加剂 CoolFlux。CoolFlux添加在聚氨酯泡沫母液中后，形成的聚氨酯泡沫将会自然而然形成一层包裹，将无机相变材料密封在其中。泡沫可以保护无机水合盐类材料在相变时的产生的水分不会逃逸散失。这种泡沫材料在白天吸热，在夜间放热，每天都自动循环往复。

 

喷式聚氨酯材料是一种非常流行的建筑保温材料。在欧美发达国家使用非常普遍。在中国，聚氨酯泡沫在建筑业的应用还不像西方国家那样普遍。主要原因是，西方国家的房子一般只有两到三层，可以用木板房屋，但是需要在内部进行保温处理。在完成木板结构以后，工人可以用喷枪在内壁上喷涂上聚氨酯混合溶液。混合溶液迅速发泡，就可以形成需要厚度的保温层。中国的建筑多为高层的钢筋混凝土结构，本身的保温性能好，而且以前对节能性能，简易房屋的舒适度等问题的重视程度也不够。但是，随着现在节能环保的需求越来越迫切，添加了无机相变材料的聚氨酯泡沫同时具有了保温和储能的作用，有希望在未来打开市场。

 

工人在喷涂聚氨酯泡沫材料。溶液可以迅速发泡，固化形成泡沫塑料（tinyhouseofthesouth.com）

CoolComposite在市场调研中发现， 承包商和生产现场管理者对使用普通的相变材料有抵触，因为他们不愿意延长施工时间去配合额外的安装工作，但是使用CoolFlux时，则完全不会有这种问题。添加了CoolFlux的产品从外观和手感都和普通的聚氨酯泡沫没有差异。工人不需要花费额外时间和培训就可以使用它们。

 

公司发展历程

CoolFlux技术是由MIT的两位研究生Alan Ransil和Wenhao Sun发明的。2015年5月，CoolFlux获得了MIT清洁能源奖（MIT clean energy prize）3万5千美元的奖金。2015年6月，CoolComposites公司正式成立。2016年11月，CoolComposites获得美国麻省挑战奖金奖与5万美元奖励。

公司综合评估

技术的TRL评分（满分为9分）：6分（在工业实验中证明样本可行）

 

技术价值（满分为5星，下同）：2星

理由：将无机相变材料转化为一种添加剂，加入聚氨酯泡沫母液中，实现聚氨酯泡沫与无机相变材料的复合，使用相变材料的应用更方便。

 

可达到的市场规模：3星

理由：较小规模的市场。据市场调查机构MarketsandMarkets，到2021年，全世界的聚氨酯添加剂市场将达到27.2亿美元。

 

竞争状况：3星

理由：相变材料是一个新的领域，但是已经涌现了一些小公司，比如中国的航天海鹰特种材料有限公司、恬蓝新材料科技有限公司与美国的Phase Change Energy Solutions。

 

发展障碍：2星

理由：一定规模的障碍。需要技术积累与对建筑材料的检验。

 

技术的专利状态：3星

理由：仅有单一的专利，但没有找到同步技术竞争者。

 

技术管理能力：2星

理由：管理层技术经验丰富，但缺乏创业经验。

 

投资者的进入潜力：5星

理由：公司在各个方面都需要外界的帮助和投入。