Materiały zmiennofazowe (PCM) są szeroko stosowane głównie dlatego, że zapewniają unikalne i skuteczne rozwiązania w zakresie zarządzania energią, kontroli temperatury i ochrony środowiska.Poniżej znajduje się szczegółowe wyjaśnienie głównych powodów stosowania materiałów zmiennofazowych:
1. Efektywne magazynowanie energii
Materiały o przemianie fazowej mogą absorbować lub uwalniać dużą ilość energii cieplnej podczas procesu zmiany fazowej.Ta cecha czyni je wydajnymi nośnikami energii cieplnej.Na przykład, gdy w ciągu dnia jest wystarczająca ilość promieniowania słonecznego, materiały o przemianie fazowej mogą absorbować i magazynować energię cieplną;W nocy lub przy zimnej pogodzie materiały te mogą uwalniać zmagazynowaną energię cieplną, aby utrzymać ciepło otoczenia.
2. Stabilna kontrola temperatury
W punkcie przejścia fazowego materiały o przemianie fazowej mogą absorbować lub uwalniać ciepło w prawie stałych temperaturach.To sprawia, że PCM doskonale nadają się do zastosowań wymagających precyzyjnej kontroli temperatury, takich jak transport farmaceutyczny, zarządzanie ciepłem urządzeń elektronicznych i regulacja temperatury wewnętrznej w budynkach.W tych zastosowaniach materiały o przemianie fazowej pomagają zmniejszyć zużycie energii i poprawić ogólną wydajność systemu.
3. Popraw efektywność energetyczną i zmniejsz zużycie energii
W architekturze włączenie materiałów zmiennofazowych do konstrukcji budynków może znacznie poprawić efektywność energetyczną.Materiały te mogą pochłaniać nadmiar ciepła w ciągu dnia, zmniejszając obciążenie klimatyzacji;W nocy oddaje ciepło i zmniejsza zapotrzebowanie na ciepło.Ta naturalna funkcja regulacji termicznej zmniejsza zależność od tradycyjnych urządzeń grzewczych i chłodzących, zmniejszając w ten sposób zużycie energii.
4. Przyjazny dla środowiska
Materiały o przemianie fazowej składają się głównie z materiałów organicznych lub soli nieorganicznych, z których większość jest przyjazna dla środowiska i nadaje się do recyklingu.Zastosowanie PCM może pomóc w ograniczeniu emisji gazów cieplarnianych i zużycia paliw kopalnych, przyczyniając się do ochrony środowiska i osiągnięcia celów zrównoważonego rozwoju.
5. Zwiększ wydajność i komfort produktu
Zastosowanie materiałów zmiennofazowych w produktach konsumenckich, takich jak odzież, materace czy meble, może zapewnić dodatkowy komfort.Na przykład zastosowanie PCM w odzieży może regulować ciepło w zależności od zmian temperatury ciała, utrzymując komfortową temperaturę dla użytkownika.Używanie go w materacu może zapewnić bardziej idealną temperaturę snu w nocy.
6. Elastyczność i zdolność adaptacji
Materiały zmiennofazowe można projektować w różnych kształtach i rozmiarach, aby spełnić różne wymagania aplikacji.Można je przekształcić w cząstki, folie lub zintegrować z innymi materiałami, takimi jak beton lub tworzywo sztuczne, zapewniając wysoki stopień elastyczności i możliwości dostosowania do zastosowania.
7. Popraw korzyści ekonomiczne
Chociaż początkowa inwestycja w materiały o przemianie fazowej może być wysoka, długoterminowe korzyści z nich wynikające w postaci poprawy efektywności energetycznej i zmniejszenia kosztów operacyjnych są znaczące.Zmniejszając zależność od tradycyjnej energii, materiały o przemianie fazowej mogą pomóc w obniżeniu kosztów energii i zapewnieniu zysków ekonomicznych.
Podsumowując, zastosowanie materiałów zmiennofazowych może zapewnić skuteczne rozwiązania w zakresie zarządzania temperaturą, poprawić funkcjonalność i komfort produktu oraz pomóc w promowaniu zrównoważonego rozwoju
Kilka głównych klasyfikacji i odpowiadające im właściwości materiałów o przemianie fazowej
Materiały o przemianie fazowej (PCM) można podzielić na kilka kategorii w oparciu o ich skład chemiczny i charakterystykę zmiany fazowej, przy czym każda z nich ma określone zalety i ograniczenia w zastosowaniu.Materiały te obejmują głównie organiczne PCM, nieorganiczne PCM, biopochodne PCM i kompozytowe PCM.Poniżej znajduje się szczegółowe wprowadzenie do charakterystyki każdego rodzaju materiału o przemianie fazowej:
1. Organiczne materiały o przemianie fazowej
Organiczne materiały o przemianie fazowej obejmują głównie dwa rodzaje: parafinę i kwasy tłuszczowe.
-Parafina:
-Cechy: Wysoka stabilność chemiczna, dobra możliwość ponownego użycia i łatwa regulacja temperatury topnienia poprzez zmianę długości łańcuchów molekularnych.
- Wada: przewodność cieplna jest niska i może być konieczne dodanie materiałów przewodzących ciepło, aby poprawić szybkość reakcji termicznej.
-Kwasy tłuszczowe:
-Cechy: Ma wyższe ciepło utajone niż parafina i szeroki zakres temperatury topnienia, odpowiedni dla różnych wymagań temperaturowych.
- Wady: Niektóre kwasy tłuszczowe mogą ulegać rozdzieleniu faz i są droższe niż parafina.
2. Nieorganiczne materiały o przemianie fazowej
Nieorganiczne materiały o przemianie fazowej obejmują roztwory soli i sole metali.
-Roztwór słonej wody:
-Cechy: Dobra stabilność termiczna, wysokie ciepło utajone i niski koszt.
- Wady: Podczas zamrażania może wystąpić rozwarstwienie, które jest żrące i wymaga materiałów pojemnikowych.
-Sole metali:
-Cechy: Wysoka temperatura przejścia fazowego, odpowiednia do magazynowania energii cieplnej w wysokiej temperaturze.
- Wady: Występują również problemy z korozją i może wystąpić pogorszenie wydajności z powodu powtarzającego się topienia i krzepnięcia.
3. Biomateriały przemiany fazowej
Biomateriały o przemianie fazowej to PCM ekstrahowane z natury lub syntetyzowane za pomocą biotechnologii.
-Cechy:
-Przyjazny dla środowiska, biodegradowalny, wolny od substancji szkodliwych, spełniający potrzeby zrównoważonego rozwoju.
- Można go ekstrahować z surowców roślinnych lub zwierzęcych, takich jak olej roślinny i tłuszcz zwierzęcy.
-Niedogodności:
-Mogą wystąpić problemy związane z wysokimi kosztami i ograniczeniami źródeł.
-Stabilność termiczna i przewodność cieplna są niższe niż w przypadku tradycyjnych PCM i mogą wymagać modyfikacji lub wsparcia materiałem kompozytowym.
4. Kompozytowe materiały zmiennofazowe
Kompozytowe materiały o przemianie fazowej łączą PCM z innymi materiałami (takimi jak materiały przewodzące ciepło, materiały nośne itp.) w celu poprawy pewnych właściwości istniejących PCM.
-Cechy:
-Łącząc z materiałami o wysokiej przewodności cieplnej, można znacznie poprawić szybkość reakcji termicznej i stabilność termiczną.
-Można dostosować w celu spełnienia określonych wymagań aplikacji, takich jak zwiększenie wytrzymałości mechanicznej lub poprawa stabilności termicznej.
-Niedogodności:
-Proces przygotowania może być złożony i kosztowny.
- Wymagane jest dokładne dopasowanie materiałów i techniki przetwarzania.
Każdy z tych materiałów zmiennofazowych ma swoje unikalne zalety i scenariusze zastosowań.Wybór odpowiedniego typu PCM zwykle zależy od wymagań temperaturowych konkretnego zastosowania, budżetu kosztów, względów wpływu na środowisko i oczekiwanej żywotności.Wraz z pogłębianiem się badań i rozwojem technologii, rozwój materiałów zmiennofazowych
Oczekuje się, że zakres zastosowań będzie się dalej rozszerzał, zwłaszcza w zakresie magazynowania energii i zarządzania temperaturą.
Jaka jest różnica między organicznymi materiałami o przemianie fazowej a materiałami o nieskończonej przemianie fazowej?
Organiczne materiały o przemianie fazowej, PCM i nieorganiczne materiały o przemianie fazowej to technologie stosowane do magazynowania energii i kontroli temperatury, które absorbują lub uwalniają ciepło poprzez przemianę ze stanu stałego w stan ciekły.Każdy z tych dwóch rodzajów materiałów ma swoją własną charakterystykę i obszary zastosowania, a poniżej przedstawiono niektóre z głównych różnic między nimi:
1. Skład chemiczny:
-Organiczne materiały o przemianie fazowej: głównie zawierające parafinę i kwasy tłuszczowe.Materiały te mają zazwyczaj dobrą stabilność chemiczną i nie ulegają rozkładowi podczas procesów topienia i krzepnięcia.
-Nieorganiczne materiały o przemianie fazowej: w tym roztwory soli, metale i sole.Materiał tego typu charakteryzuje się szerokim zakresem temperatur topnienia, a odpowiednią temperaturę topnienia można dobrać w zależności od potrzeb.
2. Wydajność cieplna:
-Materiały organiczne o przemianie fazowej: zwykle mają niższą przewodność cieplną, ale wyższe ciepło utajone podczas topienia i krzepnięcia, co oznacza, że mogą absorbować lub uwalniać dużą ilość ciepła podczas zmiany fazowej.
-Materiały o przemianie fazowej nieorganicznej: W przeciwieństwie do tego, materiały te zazwyczaj mają wyższą przewodność cieplną, co pozwala na szybsze przenoszenie ciepła, ale ich ciepło utajone może być niższe niż w przypadku materiałów organicznych.
3. Stabilność cyklu:
-Materiały organiczne o przemianie fazowej: mają dobrą stabilność cykliczną i mogą wytrzymać wielokrotne procesy topienia i krzepnięcia bez znaczącej degradacji lub zmiany wydajności.
-Nieorganiczne materiały o przemianie fazowej: mogą wykazywać pewien rozkład lub pogorszenie wydajności po wielokrotnych cyklach termicznych, szczególnie te materiały, które są podatne na krystalizację.
4. Koszt i dostępność:
-Organiczne materiały o przemianie fazowej: są zazwyczaj drogie, ale ze względu na ich stabilność i wydajność, ich długoterminowe koszty użytkowania mogą być stosunkowo niskie.
-Nieorganiczne materiały o przemianie fazowej: Materiały te są zwykle tanie i łatwe w produkcji na dużą skalę, ale mogą wymagać częstszej wymiany lub konserwacji.
5. Obszary zastosowań:
-Organiczne materiały o przemianie fazowej: Ze względu na ich stabilność i dobre właściwości chemiczne są często stosowane w regulacji temperatury budynków, odzieży, pościeli i innych dziedzinach.
-Nieorganiczne materiały o przemianie fazowej: powszechnie stosowane w zastosowaniach przemysłowych, takich jak systemy magazynowania energii cieplnej i odzyskiwania ciepła odpadowego, które mogą wykorzystywać ich wysoką przewodność cieplną i zakres temperatur topnienia.
Podsumowując, przy wyborze organicznych lub nieorganicznych materiałów o przemianie fazowej należy wziąć pod uwagę takie czynniki, jak specyficzne wymagania aplikacji, budżet i oczekiwana wydajność cieplna.Każdy materiał ma swoje unikalne zalety i ograniczenia, odpowiednie dla różnych scenariuszy zastosowań.
Czas publikacji: 28 maja 2024 r