建筑行业占总能源消耗和温室气体（GHG）排放量的三分之一以上[1]。为了符合《巴黎协定》的目标，该行业必须在2050年前实现净零碳排放，所有新建筑必须在2030年前达到净零标准[1]。然而，目前该行业尚未走上实现这些目标的轨道[1]。同时，大部分建筑能源需求来自空间供暖、制冷和热水供应，而这些仍然严重依赖化石燃料[2]、[3]。在欧盟，2023年空间供暖和热水供应占家庭最终能源消耗的77.6%[4]。因此，向可再生和低碳能源的转型对于促进可持续、节能和气候适应性强的建筑环境至关重要。
在这种背景下，热化学储能（TCES）因其高能量密度、长期储存能力和与能源收集系统的兼容性而展现出巨大潜力[2]、[5]。与传统热储存不同，TCES依赖于可逆化学反应，在吸热充电（脱水）过程中储存热量，在放热放电（水合）过程中释放热量[5]、[6]。这使得TCES特别适合用于长期和季节性能源储存，相比显热和潜热储存更具优势[5]、[7]。定量研究表明，结合长期热化学（液体吸附）储存的太阳能热系统，太阳能利用率可超过80%，这意味着在这些情况下辅助热需求可以降低到年热负荷的20%以下[8]。因此，TCES可以支持改善能源管理、增强能源安全并减少温室气体排放[2]，从而有助于实现可持续发展目标7（负担得起的清洁能源）和可持续发展目标13（气候行动）[9]。
在建筑中，TCES的应用可以分为两类：（i）集成到建筑能源系统中的封闭循环反应器-储存模块（例如，安装在技术室、墙壁或屋顶柜中，并与太阳能热系统或热泵系统相连），其安全性能取决于长期密封性、长时间闲置期间的密封性和耐腐蚀性[10]、[11]、[12]；（ii）与空气处理或通风系统集成的开放循环反应器，需要额外的安全措施来防止对居住者的影响（例如，灰尘和颗粒物的拦截、与室内空气流的隔离以及湿度控制）[12]、[13]。
值得注意的是，TCES的性能和耐久性，尤其是储存能力和循环使用次数，在很大程度上取决于所选材料[5]、[10]。由于建筑系统靠近居住者，材料选择必须超越能源指标，还包括安全性和可持续性标准。一些特定于建筑的条件加剧了这一需求。首先，建筑在不同季节和日常运行中会经历显著的湿度和温度变化，这增加了吸湿性或反应性材料的风险（例如，意外过度水合、潮解、堵塞或在高湿度条件下的积聚）[14]、[15]。例如，在开放型TCES配置中，只有当相对湿度低于30%时，MgCl?·6H?O才适用；否则，质量传递可能会受阻，颗粒物可能会聚集[16]、[17]。其次，建筑安装通常受到空间限制，且由于预算限制，专业维护频率较低[18]，这意味着退化（腐蚀、结晶、磨损、团聚）可能长时间未被发现。可信的暴露途径包括与室内空气流的接触、维护过程中的意外皮肤或眼睛接触，以及泄漏后的建筑二次损坏[13]、[19]、[20]。
尽管公开记录的与居住建筑中的TCES材料相关的事件很少——这与许多面向建筑的TCES概念仍处于原型或示范阶段相符——但这并不排除风险；相反，这强调了在大规模部署前进行主动评估的必要性[5]、[16]、[21]。类似涉及危险工作流体（例如，公共建筑中意外释放氨气需要疏散）的事件突显了在有人居住的环境中保持容器完整性、通风和维护制度的重要性[22]。这一点尤其重要，因为目前正在探索使用氨衍生物（NH?–盐）作为建筑能源储存材料[12]、[23]、[24]。此外，许多候选材料仍处于实验室阶段，其安全性和可持续性特征尚未得到充分研究[5]、[6]。因此，需要对TCES材料进行早期的安全性和可持续性评估，以便将其应用于建筑中。
为了解决这一需求，Safe and Sustainable by Design（SSbD）框架提供了一种结构化的方法。该框架由欧盟委员会联合研究中心于2022年提出，旨在通过研究和创新提高化学品和材料的安全性和可持续性[25]。它得到了委员会建议[26]的支持，并符合关于可持续产品生态设计的法规（EU）2024/1781[27]。该框架包括两个阶段：（1）由八项原则指导的（重新）设计阶段；（2）评估阶段，根据安全性、毒理学和生态毒性影响以及环境、社会和经济可持续性进行评估，采用逐步层次结构[25]。自发布以来，JRC发布了方法指南，明确了自愿应用的要求，并发布了修订后的框架以供利益相关者咨询，提供了额外的背景信息和扩展的指导，特别是关于环境和社会经济评估部分[28]、[29]、[30]。修订版将原始的工作流程重新组织，将步骤1-3合并为一个整体的“安全性”部分（结合了内在属性和在职业、消费者和环境环境中的暴露情况），并显著扩展了社会经济可持续性考虑[29]。本研究应用了初始框架中定义的原始逐步层次结构[25]，以确保与现有的TCES材料证据结构保持一致，同时承认修订后的框架调整了步骤并扩展了社会经济（步骤4-5）的指导[29]。
SSbD评估阶段包括五个相互关联的步骤，这些步骤会随着证据的出现和设计选择的演变而迭代进行，而不是作为一个严格的线性过程[25]、[31]。步骤1基于危害性，关注与欧盟CLP危害类别（物理危害、人类健康和环境危害）对齐的内在属性[25]、[32]。为了避免术语歧义，本研究使用“危害”一词指CLP分类中潜在的伤害能力，而“风险”则取决于危害和暴露情况，并在后续步骤中更直接地考虑生产和使用阶段的暴露情况和风险特征[33]、[34]。对于建筑中的TCES，步骤1涵盖了集成前的问题（例如，腐蚀性、水生危害）。步骤2-3结合生产、加工和预期使用过程中的危害信息，以指导控制措施和更安全的设计选择[25]；在建筑中，这些步骤涉及安装人员、维护人员和居住者，包括服务、泄漏响应和围护/通风设计。步骤4使用生命周期评估（LCA）进行环境可持续性评估，以便进行比较筛选和热点识别，包括需要代理或前瞻性建模的透明假设[25]。步骤5关注社会经济方面，支持负责任的创新和决策；然而，对于早期应用来说，方法和数据往往不够成熟[25]。
将SSbD框架应用于建筑用TCES材料是必要的，因为它将性能驱动的选择（能量密度、操作窗口）与不可协商的安全性和生命周期可持续性标准结合起来。然而，现有的TCES研究主要集中在材料合成、表征和原型设计上，对生产和使用过程中的安全性和可持续性的系统评估有限[5]。此外，SSbD的应用主要针对化学品和纳米材料，尚未应用于TCES材料[35]。鉴于净零排放的时间表和对建筑季节性热储存的日益关注，这一差距至关重要。
在此背景下，本研究探讨了SSbD是否可以有效地应用于建筑用基于反应的TCES材料，并根据当前的证据基础评估了这种方法的可行性。分析基于三个问题：（1）哪些TCES材料被报道可用于建筑应用；（2）目前有多少关于这些材料的数据可用于进行SSbD评估；（3）鉴于现有证据，这些材料在SSbD评估方面的准备情况如何？
为了解决这些问题，本研究采用了综述回顾的方法，并结合了来自公认来源的目标数据提取和供应商安全文档，以及对已建立的生命周期数据库和市场信息的高层次可持续性筛选。由此产生的证据基础可用于评估SSbD的适用性。通过识别近期的候选材料和关键的证据缺口，这项工作为迈向净零建筑和相关脱碳目标提供了安全、可扩展和可持续的发展路径。
