چرا ما به مواد تغییر فاز احتیاج داریم؟

مواد تغییر فاز (PCM) به طور عمده مورد استفاده قرار می گیرند زیرا آنها راه حل های منحصر به فرد و مؤثر در مدیریت انرژی ، کنترل دما و حفاظت از محیط زیست را ارائه می دهند. در زیر توضیح مفصلی در مورد دلایل اصلی استفاده از مواد تغییر فاز آورده شده است:

1. ذخیره انرژی کارآمد
مواد تغییر فاز می توانند مقدار زیادی انرژی حرارتی را در طی فرایند تغییر فاز جذب یا آزاد کنند. این ویژگی باعث می شود آنها رسانه ذخیره انرژی حرارتی کارآمد باشد. به عنوان مثال ، هنگامی که تابش خورشیدی کافی در طول روز وجود دارد ، مواد تغییر فاز می توانند انرژی حرارتی را جذب و ذخیره کنند. در شب یا هوای سرد ، این مواد می توانند انرژی گرمای ذخیره شده را برای حفظ گرمای محیط آزاد کنند.

2. کنترل دما پایدار
در نقطه انتقال فاز ، مواد تغییر فاز می توانند گرما را در دماهای تقریباً ثابت جذب یا آزاد کنند. این امر باعث می شود PCM ها برای برنامه هایی که نیاز به کنترل دما دقیق دارند ، مانند حمل و نقل دارویی ، مدیریت حرارتی دستگاه های الکترونیکی و تنظیم دمای داخلی در ساختمانها بسیار مناسب باشد. در این برنامه ها ، مواد تغییر فاز به کاهش مصرف انرژی و بهبود کارآیی کلی سیستم کمک می کنند.

3. بهره وری انرژی را بهبود بخشید و مصرف انرژی را کاهش دهید
در زمینه معماری ، ادغام مواد تغییر فاز در ساختارهای ساختمان می تواند به طور قابل توجهی راندمان انرژی را بهبود بخشد. این مواد می توانند گرمای اضافی را در طول روز جذب کرده و بار تهویه مطبوع را کاهش دهند. در شب ، گرما را آزاد می کند و تقاضای گرمایش را کاهش می دهد. این عملکرد تنظیم حرارتی طبیعی باعث کاهش اعتماد به تجهیزات گرمایش و سرمایش سنتی می شود و از این طریق مصرف انرژی را کاهش می دهد.

4. سازگار با محیط زیست
مواد تغییر فاز عمدتاً از مواد آلی یا نمکهای معدنی تشکیل شده اند که بیشتر آنها سازگار با محیط زیست و قابل بازیافت هستند. استفاده از PCM ها می تواند به کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و مصرف سوخت فسیلی کمک کند ، به حفاظت از محیط زیست و دستیابی به اهداف توسعه پایدار کمک کند.

5. عملکرد محصول و راحتی را تقویت کنید
استفاده از مواد تغییر فاز در محصولات مصرفی مانند لباس ، تشک یا مبلمان می تواند راحتی بیشتری را فراهم کند. به عنوان مثال ، استفاده از PCM در لباس می تواند گرما را با توجه به تغییر در دمای بدن تنظیم کند و دمای راحت را برای پوشنده حفظ کند. استفاده از آن در تشک می تواند دمای خواب ایده آل تری را در شب فراهم کند.

6. انعطاف پذیری و سازگاری
مواد تغییر فاز می توانند در شکل ها و اندازه های مختلف برای پاسخگویی به نیازهای مختلف کاربردی طراحی شوند. آنها را می توان به ذرات ، فیلم ها تبدیل کرد یا در مواد دیگری مانند بتن یا پلاستیک ادغام شد و میزان انعطاف پذیری و سازگاری بالایی را برای استفاده فراهم کرد.

7. مزایای اقتصادی را بهبود بخشید
اگرچه سرمایه گذاری اولیه در مواد تغییر فاز ممکن است زیاد باشد ، اما مزایای بلند مدت آنها در بهبود بهره وری انرژی و کاهش هزینه های عملیاتی قابل توجه است. با کاهش اعتماد به انرژی سنتی ، مواد تغییر فاز می توانند به کاهش هزینه های انرژی و تأمین بازده اقتصادی کمک کنند.

به طور خلاصه ، استفاده از مواد تغییر فاز می تواند راه حل های مؤثر مدیریت حرارتی ، تقویت عملکرد و راحتی محصول را ارائه دهد و به ارتقاء توسعه پایدار کمک کند

چندین طبقه بندی مهم و ویژگی های مربوط به آنها در مورد مواد تغییر فاز
مواد تغییر فاز (PCM) را می توان بر اساس ترکیب شیمیایی و ویژگی های تغییر فاز آنها به چندین دسته تقسیم کرد که هر کدام دارای مزایا و محدودیت های کاربردی خاص هستند. این مواد به طور عمده شامل PCM های آلی ، PCM های معدنی ، PCM های مبتنی بر زیستی و PCM های کامپوزیت هستند. در زیر مقدمه مفصلی در مورد ویژگی های هر نوع ماده تغییر فاز آورده شده است:

1. مواد تغییر فاز ارگانیک
مواد تغییر فاز آلی عمدتا شامل دو نوع است: پارافین و اسیدهای چرب.

-پارافین:
-مواد: ثبات شیمیایی بالا ، قابلیت استفاده مجدد خوب و تنظیم آسان نقطه ذوب با تغییر طول زنجیره های مولکولی.
-DISADVANTATH: هدایت حرارتی کم است ، و ممکن است اضافه کردن مواد رسانا حرارتی برای بهبود سرعت پاسخ حرارتی ضروری باشد.

اسیدهای فاتیت:
-FEATURES: گرمای نهان بالاتری نسبت به پارافین و پوشش نقطه ذوب گسترده ، مناسب برای نیازهای مختلف دما دارد.
-disadvantages: برخی از اسیدهای چرب ممکن است تحت جدایی فاز قرار بگیرند و از پارافین گران تر هستند.

2. مواد تغییر فاز معدنی
مواد تغییر فاز معدنی شامل محلول های شور و نمک های فلزی است.

محلول آب Salt:
-مواد: ثبات حرارتی خوب ، گرمای نهان بالا و هزینه کم.
-disadvantages: در هنگام انجماد ، لایه برداری ممکن است رخ دهد و خورنده باشد و به مواد ظروف نیاز دارد.

نمکهای متالی:
-مواد: دمای انتقال فاز بالا ، مناسب برای ذخیره انرژی حرارتی با دمای بالا.
-DisAdvantages: همچنین مشکلات خوردگی وجود دارد و تخریب عملکرد ممکن است به دلیل ذوب و جامد سازی مکرر رخ دهد.

3. مواد تغییر فاز بیوباز
مواد تغییر فاز Biobased PCM هایی هستند که از طبیعت استخراج می شوند یا از طریق بیوتکنولوژی سنتز می شوند.

-آور:
-از نظر محیطی دوستانه ، زیست تخریب پذیر ، عاری از مواد مضر ، نیازهای توسعه پایدار را برآورده می کند.
-می توان آن را از مواد اولیه گیاهی یا حیوانات مانند روغن نباتی و چربی حیوانات استخراج کرد.

-disadvantages:
ممکن است با هزینه های بالا و محدودیت منبع مشکلی وجود داشته باشد.
-ثبات حرارتی و هدایت حرارتی پایین تر از PCM های سنتی است و ممکن است نیاز به اصلاح یا پشتیبانی از مواد کامپوزیت داشته باشد.

4. مواد تغییر فاز کامپوزیت
مواد تغییر فاز کامپوزیت PCM ها را با سایر مواد (مانند مواد رسانا حرارتی ، مواد پشتیبانی و غیره) ترکیب می کنند تا خصوصیات خاصی از PCM های موجود را بهبود بخشند.

-آور:
با ترکیب با مواد رسانایی حرارتی بالا ، سرعت پاسخ حرارتی و پایداری حرارتی می تواند به طور قابل توجهی بهبود یابد.
-آور می توان برای برآورده کردن نیازهای خاص کاربردی مانند افزایش استحکام مکانیکی یا بهبود پایداری حرارتی ایجاد کرد.

-disadvantages:
-فرآیند آماده سازی ممکن است پیچیده و پرهزینه باشد.
تکنیک های دقیق تطبیق و پردازش مواد لازم است.

این مواد تغییر فاز هر کدام دارای مزایای منحصر به فرد و سناریوهای کاربردی هستند. انتخاب نوع PCM مناسب معمولاً به نیازهای دمای برنامه خاص ، بودجه هزینه ، ملاحظات تأثیرات زیست محیطی و عمر خدمات مورد انتظار بستگی دارد. با تعمیق تحقیقات و توسعه فناوری ، توسعه مواد تغییر فاز

انتظار می رود که دامنه کاربرد ، به ویژه در ذخیره انرژی و مدیریت دما ، بیشتر گسترش یابد.

تفاوت بین مواد تغییر فاز آلی و مواد تغییر فاز بی نهایت چیست؟

مواد تغییر فاز آلی ، PCM ها و مواد تغییر فاز معدنی هر دو فناوری هستند که برای ذخیره انرژی و کنترل دما استفاده می شوند که با تبدیل بین حالتهای جامد و مایع ، گرما را جذب یا آزاد می کنند. این دو نوع مواد هر یک از خصوصیات و مناطق کاربردی خاص خود را دارند و موارد زیر برخی از تفاوت های اصلی بین آنها است:

1. ترکیب شیمیایی:
مواد تغییر فاز ارگانیک: عمدتا شامل اسیدهای پارافین و چرب. این مواد معمولاً از ثبات شیمیایی خوبی برخوردار هستند و در طی فرآیندهای ذوب و جامد سازی تجزیه نمی شوند.
-مواد تغییر فاز ارگانیک: از جمله محلول های شور ، فلزات و نمک. این نوع مواد دارای طیف گسترده ای از نقاط ذوب هستند و یک نقطه ذوب مناسب را می توان با توجه به نیاز انتخاب کرد.

2. عملکرد حرارتی:
مواد تغییر فاز ارگانیک: معمولاً از هدایت حرارتی کمتری برخوردار هستند ، اما گرمای نهان بالاتر در حین ذوب و جامد شدن ، به این معنی که می توانند در طول تغییر فاز مقدار زیادی گرما را جذب یا آزاد کنند.
-مواد تغییر فاز ارگانیک: در مقابل ، این مواد به طور معمول دارای هدایت حرارتی بالاتری هستند و امکان انتقال سریعتر حرارت را فراهم می کنند ، اما گرمای نهان آنها ممکن است کمتر از مواد آلی باشد.

ثبات چرخه:
مواد تغییر فاز ارگانیک: از ثبات دوچرخه سواری خوبی برخوردار هستند و می توانند در برابر چندین فرآیند ذوب و جامد سازی بدون تخریب قابل توجه یا تغییر در عملکرد مقاومت کنند.
مواد تغییر فاز ارگانیک: ممکن است بعد از چرخه های حرارتی متعدد ، به ویژه آن دسته از مواد که مستعد تبلور هستند ، تجزیه یا تخریب عملکرد را نشان دهند.

4. هزینه و در دسترس بودن:
مواد تغییر فاز ارگانیک: آنها معمولاً گران هستند ، اما به دلیل ثبات و کارآیی آنها ، هزینه استفاده طولانی مدت آنها ممکن است نسبتاً کم باشد.
-مواد تغییر فاز ارگانیک: این مواد معمولاً کم هزینه و تهیه آن در مقیاس بزرگ آسان هستند ، اما ممکن است نیاز به جایگزینی یا نگهداری مکرر داشته باشد.

5. مناطق برنامه:
مواد تغییر فاز ارگانیک: به دلیل پایداری و خاصیت شیمیایی خوب ، آنها اغلب در تنظیم دما ساختمانها ، پوشاک ، ملافه و سایر زمینه ها مورد استفاده قرار می گیرند.
-مواد تغییر فاز ارگانیک: معمولاً در کاربردهای صنعتی مانند ذخیره انرژی حرارتی و سیستم های بازیابی گرمای زباله مورد استفاده قرار می گیرد ، که می توانند از هدایت حرارتی بالا و محدوده نقطه ذوب استفاده کنند.

به طور خلاصه ، هنگام انتخاب مواد تغییر فاز ارگانیک یا معدنی ، عواملی مانند الزامات کاربرد خاص ، بودجه و عملکرد حرارتی مورد انتظار باید در نظر گرفته شود. هر ماده دارای مزایا و محدودیت های منحصر به فرد خود است که برای سناریوهای مختلف کاربردی مناسب است.