Τα υλικά αλλαγής φάσης (PCM) χρησιμοποιούνται ευρέως κυρίως επειδή παρέχουν μοναδικές και αποτελεσματικές λύσεις στη διαχείριση ενέργειας, τον έλεγχο της θερμοκρασίας και την προστασία του περιβάλλοντος. Παρακάτω είναι μια λεπτομερής εξήγηση των κύριων λόγων για τη χρήση υλικών αλλαγής φάσης:
1. Αποτελεσματική αποθήκευση ενέργειας
Τα υλικά αλλαγής φάσης μπορούν να απορροφήσουν ή να απελευθερώσουν μεγάλη ποσότητα θερμικής ενέργειας κατά τη διάρκεια της διαδικασίας αλλαγής φάσης. Αυτό το χαρακτηριστικό τους καθιστά αποτελεσματικά μέσα αποθήκευσης θερμικής ενέργειας. Για παράδειγμα, όταν υπάρχει επαρκής ηλιακή ακτινοβολία κατά τη διάρκεια της ημέρας, τα υλικά αλλαγής φάσης μπορούν να απορροφήσουν και να αποθηκεύσουν θερμική ενέργεια. Τη νύχτα ή σε κρύο καιρό, αυτά τα υλικά μπορούν να απελευθερώσουν αποθηκευμένη θερμική ενέργεια για να διατηρήσουν τη ζεστασιά του περιβάλλοντος.
2. Σταθερός έλεγχος θερμοκρασίας
Στο σημείο μετάβασης φάσης, τα υλικά αλλαγής φάσης μπορούν να απορροφήσουν ή να απελευθερώνουν θερμότητα σε σχεδόν σταθερές θερμοκρασίες. Αυτό καθιστά τα PCM πολύ κατάλληλα για εφαρμογές που απαιτούν ακριβή έλεγχο της θερμοκρασίας, όπως η φαρμακευτική μεταφορά, η θερμική διαχείριση των ηλεκτρονικών συσκευών και η ρύθμιση της θερμοκρασίας εσωτερικού χώρου σε κτίρια. Σε αυτές τις εφαρμογές, τα υλικά αλλαγής φάσης συμβάλλουν στη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και στη βελτίωση της συνολικής αποτελεσματικότητας του συστήματος.
3. Βελτιώστε την ενεργειακή απόδοση και μειώστε την κατανάλωση ενέργειας
Στον τομέα της αρχιτεκτονικής, η ενσωμάτωση υλικών αλλαγής φάσης σε δομές κτιρίων μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την ενεργειακή απόδοση. Αυτά τα υλικά μπορούν να απορροφήσουν την υπερβολική θερμότητα κατά τη διάρκεια της ημέρας, μειώνοντας το βάρος στον κλιματισμό. Τη νύχτα, απελευθερώνει τη θερμότητα και μειώνει τη ζήτηση θέρμανσης. Αυτή η φυσική λειτουργία θερμικής ρύθμισης μειώνει την εξάρτηση από τον παραδοσιακό εξοπλισμό θέρμανσης και ψύξης, μειώνοντας έτσι την κατανάλωση ενέργειας.
4. Φιλικό προς το περιβάλλον
Τα υλικά αλλαγής φάσης αποτελούνται κυρίως από οργανικά υλικά ή ανόργανα άλατα, τα περισσότερα από τα οποία είναι φιλικά προς το περιβάλλον και ανακυκλώσιμα. Η χρήση των PCM μπορεί να συμβάλει στη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου και στην κατανάλωση ορυκτών καυσίμων, συμβάλλοντας στην προστασία του περιβάλλοντος και στην επίτευξη στόχων βιώσιμης ανάπτυξης.
5. Βελτιώστε την απόδοση και την άνεση του προϊόντος
Η χρήση υλικών αλλαγής φάσης σε καταναλωτικά προϊόντα, όπως ρούχα, στρώματα ή έπιπλα, μπορεί να προσφέρει πρόσθετη άνεση. Για παράδειγμα, η χρήση PCM σε ρούχα μπορεί να ρυθμίσει τη θερμότητα σύμφωνα με τις αλλαγές στη θερμοκρασία του σώματος, διατηρώντας μια άνετη θερμοκρασία για τον χρήστη. Η χρήση του σε ένα στρώμα μπορεί να προσφέρει μια πιο ιδανική θερμοκρασία ύπνου τη νύχτα.
6. Ευελιξία και προσαρμοστικότητα
Τα υλικά αλλαγής φάσης μπορούν να σχεδιαστούν σε διαφορετικά σχήματα και μεγέθη για να πληρούν διάφορες απαιτήσεις εφαρμογής. Μπορούν να γίνουν σε σωματίδια, φιλμ ή να ενσωματωθούν σε άλλα υλικά όπως σκυρόδεμα ή πλαστικό, παρέχοντας υψηλό βαθμό ευελιξίας και προσαρμοστικότητας για χρήση.
7. Βελτιώστε τα οικονομικά οφέλη
Αν και η αρχική επένδυση σε υλικά αλλαγής φάσης μπορεί να είναι υψηλή, τα μακροπρόθεσμα οφέλη τους στη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης και στη μείωση των λειτουργικών δαπανών είναι σημαντικά. Με τη μείωση της εξάρτησης από την παραδοσιακή ενέργεια, τα υλικά αλλαγής φάσης μπορούν να συμβάλουν στη μείωση του ενεργειακού κόστους και στην παροχή οικονομικών αποδόσεων.
Συνοπτικά, η χρήση υλικών αλλαγής φάσης μπορεί να παρέχει αποτελεσματικές λύσεις θερμικής διαχείρισης, να ενισχύσει τη λειτουργικότητα και την άνεση των προϊόντων και να βοηθήσει στην προώθηση της βιώσιμης ανάπτυξης
Αρκετές σημαντικές ταξινομήσεις και τα αντίστοιχα χαρακτηριστικά των υλικών αλλαγής φάσης
Τα υλικά αλλαγής φάσης (PCM) μπορούν να χωριστούν σε διάφορες κατηγορίες με βάση τα χαρακτηριστικά της χημικής σύνθεσης και της αλλαγής φάσης, το καθένα με συγκεκριμένα πλεονεκτήματα και περιορισμούς εφαρμογών. Αυτά τα υλικά περιλαμβάνουν κυρίως οργανικά PCMs, ανόργανα PCMs, PCM που βασίζονται σε βιολογικά και σύνθετα PCMs. Παρακάτω είναι μια λεπτομερής εισαγωγή στα χαρακτηριστικά κάθε τύπου υλικού αλλαγής φάσης:
1. Υλικά αλλαγής οργανικής φάσης
Τα υλικά αλλαγής οργανικής φάσης περιλαμβάνουν κυρίως δύο τύπους: παραφίνη και λιπαρά οξέα.
-Παραφίνη:
-Εκτέρεται: υψηλή χημική σταθερότητα, καλή επαναχρησιμοποίηση και εύκολη ρύθμιση του σημείου τήξης αλλάζοντας το μήκος των μοριακών αλυσίδων.
-Διαβιδές: Η θερμική αγωγιμότητα είναι χαμηλή και μπορεί να είναι απαραίτητο να προστεθούν θερμικά αγώγιμα υλικά για τη βελτίωση της ταχύτητας θερμικής απόκρισης.
-Φατικά οξέα:
-Παραιώσεις: Έχει υψηλότερη λανθάνουσα θερμότητα από την παραφίνη και μια ευρεία κάλυψη σημείων τήξης, κατάλληλη για διάφορες απαιτήσεις θερμοκρασίας.
-Διαβιδές: Ορισμένα λιπαρά οξέα μπορεί να υποβληθούν σε διαχωρισμό φάσης και είναι ακριβότερα από την παραφίνη.
2. Υλικά αλλαγής ανόργανης φάσης
Τα υλικά αλλαγής ανόργανων φάσης περιλαμβάνουν διαλύματα αλατόνερου και μεταλλικά άλατα.
-Συρό διάλυμα νερού:
-Αναχές: καλή θερμική σταθερότητα, υψηλή λανθάνουσα θερμότητα και χαμηλό κόστος.
-Διαβιδές: Κατά τη διάρκεια της κατάψυξης, μπορεί να εμφανιστεί αποκόλληση και είναι διαβρωτική, απαιτώντας υλικά δοχείων.
-Μελά άλατα:
-Απές: Θερμοκρασία μετάβασης υψηλής φάσης, κατάλληλη για αποθήκευση θερμικής ενέργειας υψηλής θερμοκρασίας.
-Διαβιδές: Υπάρχουν επίσης ζητήματα διάβρωσης και η υποβάθμιση της απόδοσης μπορεί να εμφανιστεί λόγω επαναλαμβανόμενης τήξης και στερεοποίησης.
3. Βιολογείται υλικά αλλαγής φάσης
Τα υλικά αλλαγής φάσης με βιολογική φάση είναι PCM που εξάγονται από τη φύση ή συντίθενται μέσω της βιοτεχνολογίας.
-Απές:
-Περιβαλλοντικά φιλικό, βιοαποικοδομήσιμο, απαλλαγμένο από επιβλαβείς ουσίες, κάλυψη των αναγκών της αειφόρου ανάπτυξης.
-Μπορεί να εξαχθεί από πρώτες ύλες φυτών ή ζώων, όπως φυτικό έλαιο και ζωικό λίπος.
-Διαβιδές:
-Μπορεί να υπάρχουν προβλήματα με υψηλό κόστος και περιορισμούς προέλευσης.
-Η θερμική σταθερότητα και θερμική αγωγιμότητα είναι χαμηλότερες από τις παραδοσιακές PCM και μπορεί να απαιτούν τροποποίηση ή σύνθετη υποστήριξη υλικού.
4. Σύνθετα υλικά αλλαγής φάσης
Τα σύνθετα υλικά αλλαγής φάσης συνδυάζουν PCM με άλλα υλικά (όπως θερμικά αγώγιμα υλικά, υλικά υποστήριξης κ.λπ.) για να βελτιώσουν ορισμένες ιδιότητες των υφιστάμενων PCM.
-Απές:
-Με συνδυασμό με υλικά υψηλής θερμικής αγωγιμότητας, η ταχύτητα θερμικής απόκρισης και η θερμική σταθερότητα μπορούν να βελτιωθούν σημαντικά.
-Μπορεί να γίνει συμπληρωματισμός για την ικανοποίηση συγκεκριμένων απαιτήσεων εφαρμογής, όπως η ενίσχυση της μηχανικής αντοχής ή η βελτίωση της θερμικής σταθερότητας.
-Διαβιδές:
-Η διαδικασία προετοιμασίας μπορεί να είναι πολύπλοκη και δαπανηρή.
-Απαιτούνται ακριβείς τεχνικές αντιστοίχισης υλικών και επεξεργασίας.
Αυτά τα υλικά αλλαγής φάσης έχουν τα μοναδικά πλεονεκτήματα και τα σενάρια εφαρμογής. Η επιλογή του κατάλληλου τύπου PCM εξαρτάται συνήθως από τις απαιτήσεις θερμοκρασίας της συγκεκριμένης εφαρμογής, τον προϋπολογισμό κόστους, τις εκτιμήσεις περιβαλλοντικών επιπτώσεων και την αναμενόμενη διάρκεια ζωής. Με την εμβάθυνση της έρευνας και την ανάπτυξη της τεχνολογίας, η ανάπτυξη υλικών αλλαγής φάσης
Το πεδίο εφαρμογής αναμένεται να επεκταθεί περαιτέρω, ειδικά στη διαχείριση της αποθήκευσης ενέργειας και της θερμοκρασίας.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ υλικών αλλαγής οργανικής φάσης και υλικά αλλαγής άπειρης φάσης;
Τα υλικά αλλαγής οργανικής φάσης, τα PCM και τα υλικά αλλαγής ανόργανων φάσης είναι και οι δύο τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση ενέργειας και τον έλεγχο της θερμοκρασίας, οι οποίες απορροφούν ή απελευθερώνουν θερμότητα μετατρέποντας μεταξύ στερεών και υγρών καταστάσεων. Αυτοί οι δύο τύποι υλικών έχουν τα δικά του χαρακτηριστικά και τους τομείς εφαρμογής και τα παρακάτω είναι μερικές από τις κύριες διαφορές μεταξύ τους:
1 χημική σύνθεση:
-Υλικά αλλαγής οργανικής φάσης: Περιλαμβάνει κυρίως παραφίνη και λιπαρά οξέα. Αυτά τα υλικά συνήθως έχουν καλή χημική σταθερότητα και δεν θα αποσυντίθενται κατά τη διάρκεια των διαδικασιών τήξης και στερεοποίησης.
-Αναργανικά υλικά αλλαγής φάσης: συμπεριλαμβανομένων διαλύματος αλατόνερου, μέταλλα και άλατα. Αυτός ο τύπος υλικού έχει ένα ευρύ φάσμα σημείων τήξης και ένα κατάλληλο σημείο τήξης μπορεί να επιλεγεί ανάλογα με τις ανάγκες.
2. Θερμική απόδοση:
-Υλικά αλλαγής φάσης: Συνήθως έχουν χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα, αλλά υψηλότερη λανθάνουσα θερμότητα κατά τη διάρκεια της τήξης και της στερεοποίησης, που σημαίνει ότι μπορούν να απορροφήσουν ή να απελευθερώσουν μεγάλη ποσότητα θερμότητας κατά τη διάρκεια της αλλαγής φάσης.
-Αυτά υλικά αλλαγής φάσης: Αντίθετα, αυτά τα υλικά συνήθως έχουν υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα, επιτρέποντας ταχύτερη μεταφορά θερμότητας, αλλά η λανθάνουσα θερμότητα τους μπορεί να είναι χαμηλότερη από τα οργανικά υλικά.
3. Σταθερότητα κύκλου:
-Υλικά αλλαγής φάσης: Έχετε καλή σταθερότητα ποδηλασίας και μπορεί να αντέξει τις πολλαπλές διαδικασίες τήξης και στερεοποίησης χωρίς σημαντική υποβάθμιση ή αλλαγή στην απόδοση.
-Υλικά αλλαγής φάσης: Μπορεί να παρουσιάζει κάποια αποικοδόμηση αποσύνθεσης ή απόδοσης μετά από πολλαπλούς θερμικούς κύκλους, ειδικά εκείνα τα υλικά που είναι επιρρεπή σε κρυστάλλωση.
4. Κόστος και διαθεσιμότητα:
-Υλικά αλλαγής φάσης: Είναι συνήθως δαπανηρά, αλλά λόγω της σταθερότητας και της αποτελεσματικότητάς τους, το μακροπρόθεσμο κόστος χρήσης τους μπορεί να είναι σχετικά χαμηλό.
-Υλικά αλλαγής φάσης-Ασφαλείας: Αυτά τα υλικά είναι συνήθως χαμηλού κόστους και εύκολο να παραχθούν σε μεγάλη κλίμακα, αλλά μπορεί να απαιτούν συχνότερη αντικατάσταση ή συντήρηση.
5. Περιοχές εφαρμογής:
-Υλικά αλλαγής φάσης: Λόγω της σταθερότητας και των καλών χημικών ιδιοτήτων τους, χρησιμοποιούνται συχνά στη ρύθμιση της θερμοκρασίας των κτιρίων, των ενδυμάτων, των κλινοστρωμνών και άλλων πεδίων.
-Υλικά αλλαγής φάσης -οργανικής φάσης: Χρησιμοποιείται συνήθως σε βιομηχανικές εφαρμογές όπως η αποθήκευση θερμικής ενέργειας και τα συστήματα ανάκτησης θερμότητας, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιήσουν την υψηλή θερμική αγωγιμότητα και το σημείο τήξης.
Συνοπτικά, κατά την επιλογή υλικών αλλαγής οργανικών ή ανόργανων φάσης, πρέπει να ληφθούν υπόψη παράγοντες όπως οι συγκεκριμένες απαιτήσεις εφαρμογής, ο προϋπολογισμός και η αναμενόμενη θερμική απόδοση. Κάθε υλικό έχει τα μοναδικά πλεονεκτήματα και τους περιορισμούς του, κατάλληλα για διαφορετικά σενάρια εφαρμογής.
Χρόνος δημοσίευσης: Μάιος-28-2024