冬天的暖气，夏天的空调，让我们生活更舒适，但同时也增加了环境的负担。根据中国建筑节能协会的测算，2018年全国建筑运行碳排放21.1亿吨二氧化碳，占全国碳排放比重21.9%，其中建筑的采暖与空调能耗占比高达50%—70%。按照规划，要在2060年实现碳中和目标，建筑运行总能耗要下降约90%。虽然说国家已经采取了很多措施，比如鼓励大家把空调温度提高一度，但这还远远不够。
如何在保证人们生活质量的前提下节能减排？科研人员从建筑本身下手，研发新的建筑材料，保障室内冬暖夏凉，其中之一就有“相变蓄热材料”。
相变蓄热材料（Phase Change Materials，缩写为PCM），指一类能够通过物质的相变过程来储存能量的材料。相变，也就是物质的物相（固、液、气等）发生变化的过程，以水为例：水有三态，水蒸气，水和冰，分别对应气相、液相和固相。
将常温的水逐渐加热，到达100℃时，水会逐渐沸腾，冒出大量气泡，直到完全蒸发，这个液相水变成气相水的过程，就是气-液相变；将常温的水放进冰箱的冷冻层，不断降温，水就会逐渐冷却，到0℃时开始结冰，变成冰水混合物，直到完全凝固变成一块完整的冰块。这个液相水变成固相水的过程，就是液-固相变。
在相变的过程中往往需要环境为其供给或移除大量的热量，这一特点是相变材料能被用作储热材料的关键。水的温度随存储热量变化示意，可以发现，随着温度的上升，在发生相变的同时，水-水蒸气这个体系的温度得以在相当大的储能范围内保持不变。换言之，它可以在恒定的温度范围内吸收或者放出大量的热量，这就是相变蓄热的基本原理。
有了相变蓄热，我们就相当于有了一个热能“银行”——高温时将过剩的热量储存进去，维持系统的凉爽；低温时再将热量放出，维持系统的温暖。在这个过程中，只要保持热量的吞吐始终在“银行”的承受范围内，系统的温度就会同水沸腾的过程一样，始终维持不变。更美妙的是，不同物质的相变温度是不同的。我们可以选择合适的材料，使得这个相变储热的过程维持在一个特定的温度下。
除了水之外，典型的相变材料还有如下几类：无机盐类/水合无机盐类、石蜡、高新纳米材料。
在用PCM造房子之前，咱们先来拿几个简单的例子练练手：1. 古代“冰箱”假设你回到了古代，没有了现代技术的加持，但你还是想在炎热的夏天吃到凉爽的冰镇水果，该怎么办呢？没错，老祖宗们也和你有一样的想法，用冬天储存在山洞里的冰作为相变储能材料。把环境传进来的热量存进冰块这个热量“银行”，从而维持住内容物的低温；而到了冬天，这些水就又可以冻成冰，进行新一轮的循环。这一容器被称为“冰鉴”。
相变蓄热材料的应用本质上让热能的时间调配成为了一件简单的事：电量充足时制热/制冷将热储存在墙内，等电量不足时再释放出来，极大提高了新能源的利用率，也降低了碳排放量。如今，一部分PCM材料已经投入市场逐渐商业化，研究人员们也在潜心钻研，期望找到更加优秀的相变蓄热体系。随着碳中和计划的稳步前进，我们离“把家家户户都变成低碳小屋”的愿景也越来越近了。