本研究的主要作者是Camila Barreneche、M. Elena Navarro、Luisa F. Cabeza和A. Inés Fernández。他们分别来自西班牙巴塞罗那大学（Universitat de Barcelona）的材料科学与冶金工程系，以及莱里达大学（University of Lleida）的GREA创新中心。这项研究发表于2015年的《Journal of Energy Storage》期刊第3卷。

这项研究的学术领域属于热能储存（Thermal Energy Storage, TES）与建筑节能材料科学交叉领域。研究的背景源于全球建筑能耗的巨大挑战。根据国际能源署的数据，发达国家的建筑部门占其总能耗的34%，其中商业建筑的能耗甚至高于住宅建筑。因此，提高建筑能效、降低总能耗需求是当务之急。在此背景下，相变材料（Phase Change Materials, PCM）作为一种极具潜力的热能储存解决方案被广泛研究。PCM利用物质相变过程中的潜热（Latent Heat）来储存或释放能量，其能量密度远高于传统的显热储存（Sensible Heat）材料，可达每立方厘米50至600兆焦耳。这使得PCM在建筑供暖、制冷、生活热水供应及维持室内热舒适度等方面有广阔应用前景。然而，PCM种类繁多，其化学性质（如石蜡、脂肪酸、盐溶液、水合盐等）、热物性参数（如相变温度、潜热值、导热系数、密度等）差异显著，且相关数据分散在大量文献中，缺乏统一的标准化测量和系统整理。这给工程师和研究人员为特定建筑应用选择最合适的PCM带来了巨大困难。因此，本研究旨在解决这一核心问题：构建一个全面、易于使用的PCM数据库，并借助专业软件工具，建立一个系统化的材料选择方法论，以简化并优化PCM在建筑领域的应用选型过程。具体目标包括：1) 收集和整理文献中可用于建筑应用的PCM（包括商业化和非商业化产品）数据；2) 创建一个包含超过300种PCM信息的数据库，整合其关键特性；3) 将该数据库与剑桥大学Granta Design公司开发的材料选择软件CES Selector集成；4) 通过案例研究，展示该数据库和选择方法在具体应用（如生活热水）中的有效性和实用性。

研究的详细工作流程主要包含三个关键步骤：数据收集与数据库构建、软件工具集成与可视化分析、以及应用案例验证。

首先，是数据收集与数据库构建。这是整个研究的基础。研究团队并未进行新的PCM合成或实验测量，而是进行了系统的文献调研和数据整理工作。其核心数据源是主要作者之一Luisa F. Cabeza等人于2011年发表的一篇关于建筑用PCM的综述论文。该综述已汇总了大量PCM信息。本研究在此基础上，进一步扩展和更新，收集了超过300种PCM的详细信息。这些材料的相变温度范围覆盖了零下50摄氏度至150摄氏度，涵盖了有机（石蜡、脂肪酸及其共晶混合物）、无机（水合盐、盐溶液及其共晶混合物）等主要化学类别。构建数据库时，研究团队使用了CES Selector软件包中的“CES Constructor”模块来创建自定义数据库。在数据库中，为每种PCM录入了一系列关键属性。其中，相变温度和潜热值被视为最重要的两个选择参数，是所有PCM记录都必须包含的核心数据。此外，研究团队还尽可能录入了其他对系统设计和性能至关重要的属性，包括：密度、导热系数、比热容，以及批发电价、隐含能耗、用水量等经济和环境指标。尽管并非所有PCM都有完整的这些数据，但将其纳入数据库框架为未来的数据补充和更全面的选型考量奠定了基础。这一数据整理工作本身是耗时且艰巨的，但它将原本零散、非标准化的信息整合到了一个结构化的平台中。

其次，是软件工具集成与可视化分析。这是本研究方法学的核心创新。研究团队将构建的自定义PCM数据库导入CES Selector软件。CES Selector是一个强大的材料选择工具，它允许用户根据多个性能指标制作材料性能图表（Material Charts），并通过设定约束条件（如相变温度范围）快速筛选出候选材料。本研究首次将PCM数据库与该软件结合使用。研究人员利用软件功能，生成了多种可视化图表来分析PCM特性。例如：1) 潜热值与相变温度关系图：这张图将PCM按化学族（石蜡、脂肪酸、水合盐等）和预期应用领域（供暖、制冷、生活热水、热舒适）用不同颜色的气泡标示，商业PCM则用黑色标示，一目了然地展示了不同类别材料的分布。2) 理论能量密度与相变温度关系图：通过公式（能量密度 = 密度 × 潜热）计算并绘制，清晰显示出水合盐类PCM通常具有最高的理论能量密度。3) 导热系数与密度关系图：展示了不同族PCM在这两个重要热物性上的分布，指出水合盐导热系数较高，而石蜡密度较低。这些图表不仅是数据的展示，更是强大的筛选工具。用户可以通过设定坐标轴范围（如相变温度50-65°C）和观察气泡在图中的位置（如右上角代表高能量密度和高导热系数），直观地定位出符合特定应用要求的候选材料组。

第三，是应用案例验证。为了证明所构建数据库和选择方法的实际效用，研究团队选择“建筑生活热水（Domestic Hot Water, DHW）储存”作为案例进行深入分析。生活热水储存要求PCM的相变温度范围通常在50°C至65°C之间。研究流程如下：1) 确定选择标准：在CES Selector中，将筛选条件设定为相变温度介于50-65°C。2) 初步筛选与性能分析：软件根据温度条件筛选出该范围内的所有PCM。随后，研究人员结合能量密度图（图3）和导热系数图（图7）进行进一步分析。他们指出，对于DHW应用，理想的PCM应同时具有高能量密度（以实现紧凑储能）和高导热系数（以加快充放热速率）。在软件生成的可视化图表中，满足这些条件的材料通常位于能量密度-温度图的顶部和导热系数-密度图的右上部。3) 候选材料识别与权衡：分析发现，落在理想区域（高能量密度、高导热系数）内的PCM主要是水合盐类，例如Mg(NO3)2和MgCl2的混合物、Na2S2O3、以及Mg(NO3)2和NH4NO3的混合物等。这些材料与以往关于DHW的文献研究中实际使用的PCM高度吻合，验证了筛选的准确性。同时，分析也指出，虽然一些石蜡商业产品的导热系数通过添加导电颗粒得到了增强，使其成为潜在候选，但其能量密度通常低于水合盐，且批发电价更高（水合盐约0.5美元/公斤，石蜡蜡约1-1.5美元/公斤）。4) 综合决策：通过数据库提供的综合信息（热物性、经济性），研究人员得出结论：对于生活热水应用，水合盐因其高能量密度、较高导热系数和较低成本，是最为合适的材料类别；而改性石蜡在特定情况下也可作为备选，但需要接受其在能量密度和成本方面的权衡。

研究的主要结果体现在对PCM特性的系统性梳理和通过案例展示的选型能力上。在数据库构建阶段，结果是将超过300种PCM按照化学族和应用领域进行了清晰分类，并录入了关键参数。这一成果本身就是一个宝贵的数据资源库。在可视化分析阶段，生成的一系列图表（如潜热vs.温度图、能量密度图、导热系数vs.密度图）揭示了重要的规律性结果：例如，水合盐族普遍拥有最高的潜热和能量密度；不同应用（供暖、制冷等）对应着不同的相变温度区间；商业PCM与纯物质之间存在关联（如图中显示Rubitherm的商业产品RT27可能与十八烷成分相关）等。这些图表结果不是孤立的，它们为下一阶段——针对具体应用的筛选——提供了直接的图形化工具。在案例研究阶段，具体的结果是成功筛选出了适用于生活热水（50-65°C）的PCM候选列表，并明确指出水合盐类是该应用的最佳选择。这一结果不仅验证了数据库和方法的有效性，其筛选逻辑（先定温度范围，再综合考量能量密度、导热系数和成本）也为其他应用的选型提供了可复制的范例。所有结果共同支持了研究的核心结论：所构建的PCM数据库结合CES Selector软件，能够高效、直观、系统化地辅助研究人员和工程师进行PCM选择。

本研究得出的结论是，成功创建并展示了一个全面的PCM数据库，该数据库涵盖了-50°C至150°C温区内商业与非商业的PCM，并整合了相变温度、潜热、导热系数、密度乃至成本等多维度属性。研究证实，将这一数据库与CES Selector软件的材料选择方法论相结合，能够显著简化并优化针对特定建筑热能储存应用的PCM筛选过程。案例研究表明，该方法能够快速识别出符合技术经济性要求的最佳候选材料。该研究的科学价值在于，它将材料信息学的方法引入了PCM研究领域，将原本依赖于经验和零散文献查阅的选型过程，转变为一个基于数据驱动和可视化分析的系统工程。其应用价值则直接面向建筑节能产业，为暖通空调工程师、绿色建筑设计师和材料科学家提供了一个强大的决策支持工具，有助于加速高性能PCM储热系统在实践中的开发和部署，从而对降低建筑能耗、提高可再生能源利用效率做出实质性贡献。

本研究的亮点突出体现在以下几个方面：1) 方法学创新：首次将成熟的商业材料选择软件CES Selector及其方法论系统性地应用于PCM领域，开辟了PCM选型研究的新途径。2) 数据整合的广度与深度：构建的数据库规模庞大（超过300种材料），且不仅包含核心热物性，还纳入了经济成本等工程应用关键参数，为多目标优化选型奠定了基础。3) 强大的可视化与实用性：通过生成一系列材料性能图表，将复杂的材料特性数据转化为直观的图形界面，极大地提升了选型的效率和用户体验。4) 完整的案例验证：通过生活热水这一具体应用案例，完整演示了从设定约束、图形化筛选到综合权衡的整个选型流程，证明了该工具链的有效性，并得出了具有指导意义的结论（如水合盐在DHW应用中的优势）。5) 指出标准化问题：研究在分析中注意到，同一PCM（如硬脂酸丁酯）在不同文献中的热物性数据存在较大离散，这间接揭示了PCM测量缺乏标准化的普遍问题，对领域发展具有提示意义。

此外，研究还包含其他有价值的内容。例如，它明确区分了热能储存的三种主要方式：显热储存、潜热储存（使用PCM）和热化学储存，明确了PCM在其中的定位。研究还通过图表指出了在建筑热舒适应用温度区间（约室温范围）内，可用的PCM数量相对有限，存在材料缺口，这为未来新材料研发指明了方向。最后，研究对数据库的扩展性保持开放态度，鼓励未来补充更多属性数据（如循环稳定性、腐蚀性、封装兼容性等），以使选型更加全面和精准。