潛熱

高瞻特色課程:綠色能源與儲冰式空調特色課程

課程科目類別: 能源


綠色能源與儲冰式空調特色課程

█ 單元內容或大綱

以永續環境為主軸,邀請專家來校進行講座,讓學生了解台灣環境與生態系,再探討環境汙染問題,配合「公聽會」活動,以角色扮演方式讓學生透過協商討論來探討後勁溪的汙染問題。另以「永續環境暨物理演示服務學習」校外教學活動,讓學生進行自然農法實地體驗,以期學生透過親身體驗能有更深刻的永續環境概念;同時亦將物理演示活動分享給偏鄉地區的國中(小)學生,不僅可傳遞科學知識,亦可增強學生的服務學習精神。

相變材料與建築節能 (Phase-Change Material and Structural Energy Saving)

相變材料與建築節能(Phase-Change Material and Structural Energy Saving)
國立臺灣大學土木工程學研究所鄭凱翔

由於科技與工業發展日新月異,大量商品的生產、人類生活品質提高、物質需求增加,導致資源與能源快速消耗,使得各種資源日益枯竭。尤其建築物為世界上最大能源消耗者之一,其消耗的能源佔全世界總消耗能源的 $$25\%$$ 到 $$33\%$$。而一般建築的日常耗能,空調佔很大比例,以夏季的耗電量而言,空調用電比例約佔 $$40\%$$~$$50\%$$。

為了降低建築耗能,建築材料的選擇亦是關鍵。「相變材料」即是一種藉由潛熱的吸收、釋放來延緩溫度上升、下降的物質。相變材料與建築物外殼結合,當日間陽光照射使建築物溫度升高時,相變材料會吸收熱量進而從固態熔解成液態,延緩熱量進入室內的速度。如此溫度上升緩慢,降低空調的負荷,便能達到節約能源的效果。

相變化材料

相變化材料 (phase-change material (PCM))
臺北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師

相變化材料 (phase-change material (PCM)) 為一種具有高熔化熱的物質,它具有儲存或釋放大量能量的能力。它在特定的溫度時熔化或固化,藉由物質狀態的改變來吸收或釋放熱能。例如:以醋酸鈉為材質的暖暖包(Heating pad),當醋酸鈉溶液結晶時,熱量就會釋出,使人感到暖和。

 特性與分類

相變化材料潛熱的儲存有:固相變固相、固相變液相、固相變氣相及液相變氣相等方式,然而只有固相變液相是有實際應用價值的。液相變氣相的改變,因其體積變化量太大,並產生高壓,而沒有實際應用價值。其它如固相變固相,也因反應慢且潛熱小,亦無應用價值。

相變化材料物質在吸收熱能的過程中,其溫度並沒有明顯的升高,但當其外在環境溫度降低時,相變化材料固化就能放出潛熱。可當相變化材料的物質種類繁多,其溫度範圍可從-5 oC一直到190 oC。在人類最感舒適的溫度20~30 oC範圍內,相變化材料的應用效果很令人滿意。相變化材料其單位體積的能量儲存量是一般傳統儲熱物質如:水、磚石 (masonry) 或岩石 (rock) 的5到14倍。

潛熱 〈Latent Heat〉

潛熱 (Latent Heat)
國立彰化高級中學賴文哲教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

潛熱是物質在相變化(固態 ↔ 液態 ↔ 氣態)過程中,溫度沒有變化的情況下,吸收或釋放的能量。這個名詞是由蘇格蘭物理學家約瑟夫•佈雷克(Joseph Black)於1750年左右從拉丁文的「latere」衍生而來,意即「隱藏」。目前潛熱這個名詞在很多書籍文章中稱為焓的變化(enthalpy transformation)。

對物質加熱,所增加的能量通常以動能的形式表現,巨觀上即溫度升高。當分子動能提高到某個程度,則增加 的能量用來破壞分子間的作用力,此時分子動能並不增加,而是提高了位能。因為巨觀上看不到位能變化,所以稱為潛熱。潛熱可分為熔化熱及汽化熱,當相變是由 固態轉為液態時,能量改變是吸熱性的,稱為熔化熱;當相變是由液態轉為氣態時,能量改變也是吸熱性的,稱為汽化熱;當相變是另一個方向的時候(氣態→液態 →固態),能量改變則為放熱性的。