چرا به مواد تغییر فاز نیاز داریم؟

مواد تغییر فاز (PCM) عمدتاً به دلیل ارائه راه حل های منحصر به فرد و مؤثر در مدیریت انرژی، کنترل دما و حفاظت از محیط زیست به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند.در زیر دلایل اصلی استفاده از مواد تغییر فاز توضیح داده شده است:

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

2. کنترل دمای پایدار
در نقطه انتقال فاز، مواد تغییر فاز می توانند گرما را در دمای تقریبا ثابت جذب یا آزاد کنند.این باعث می شود PCM ها برای کاربردهایی که نیاز به کنترل دقیق دما دارند، مانند حمل و نقل دارویی، مدیریت حرارتی دستگاه های الکترونیکی و تنظیم دمای داخلی در ساختمان ها بسیار مناسب باشند.در این کاربردها، مواد تغییر فاز به کاهش مصرف انرژی و بهبود کارایی کلی سیستم کمک می کنند.

3. بهبود بهره وری انرژی و کاهش مصرف انرژی
در زمینه معماری، ادغام مواد تغییر فاز در سازه های ساختمانی می تواند به طور قابل توجهی بهره وری انرژی را بهبود بخشد.این مواد می توانند گرمای اضافی را در طول روز جذب کنند 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، اتکا به تجهیزات گرمایش و سرمایش سنتی را کاهش می دهد و در نتیجه مصرف انرژی را کاهش می دهد.

4. سازگار با محیط زیست
مواد تغییر فاز عمدتاً از مواد آلی یا نمک های 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 و به حفاظت از محیط زیست و دستیابی به اهداف توسعه پایدار کمک کند.

5. بهبود عملکرد و راحتی محصول
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 تغییرات 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 را می توان در اشکال و اندازه های مختلف طراحی کرد تا نیازهای کاربردی مختلف را برآورده کند.آنها را می توان به صورت ذرات، فیلم، یا ادغام با مواد دیگر مانند بتن یا پلاستیک، که انعطاف پذیری و سازگاری بالایی را برای استفاده فراهم می کند.

7. بهبود منافع اقتصادی
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 وابستگی به انرژی سنتی، مواد تغییر فاز می‌توانند به کاهش هزینه‌های انرژی و بازده اقتصادی کمک کنند.

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

چندین طبقه بندی اصلی و ویژگی های مربوط به آنها برای مواد تغییر فاز
مواد تغییر فاز (PCM) را می توان بر اساس ترکیب شیمیایی و ویژگی های تغییر فاز به چند دسته تقسیم کرد که هر کدام دارای مزایا و محدودیت های کاربردی خاصی هستند.این مواد عمدتاً شامل PCMهای آلی، PCMهای معدنی، PCMهای مبتنی بر زیستی و PCMهای مرکب هستند.در زیر مقدمه ای مفصل برای ویژگی های هر نوع ماده تغییر فاز آورده شده است:

1. مواد تغییر فاز آلی
مواد تغییر فاز آلی عمدتاً شامل دو نوع هستند: پارافین و اسیدهای چرب.

-پارافین:
-ویژگی ها: پایداری شیمیایی بالا، قابلیت استفاده مجدد خوب و تنظیم آسان نقطه ذوب با تغییر طول زنجیره های مولکولی.
-معایب: هدایت حرارتی پایین است و ممکن است برای بهبود سرعت پاسخ حرارتی نیاز به افزودن مواد رسانای حرارتی باشد.

-اسیدهای چرب:
-ویژگی ها: گرمای نهان بالاتری نسبت به پارافین دارد و پوشش نقطه ذوب گسترده ای دارد که برای شرایط دمایی مختلف مناسب است.
-معایب: برخی از اسیدهای چرب ممکن است تحت جداسازی فاز قرار گیرند و گرانتر از پارافین هستند.

2. مواد تغییر فاز غیر آلی
مواد تغییر فاز معدنی شامل محلول های نمکی و نمک های فلزی است.

-محلول آب نمک:
-ویژگی ها: پایداری حرارتی خوب، گرمای نهان بالا و هزینه کم.
-معایب: در هنگام انجماد، لایه لایه شدن ممکن است رخ دهد و خورنده است و به مواد ظرف نیاز دارد.

-نمک های فلزی:
-ویژگی ها: دمای انتقال فاز بالا، مناسب برای ذخیره انرژی حرارتی در دمای بالا.
-معایب: مسائل خوردگی نیز وجود دارد و ممکن است به دلیل ذوب و انجماد مکرر، کاهش عملکرد رخ دهد.

3. مواد تغییر فاز مبتنی بر زیست
مواد تغییر فاز مبتنی بر زیست، PCM هایی هستند که از طبیعت استخراج می شوند یا از طریق بیوتکنولوژی سنتز می شوند.

-امکانات:
- سازگار با محیط زیست، زیست تخریب پذیر، عاری از مواد مضر، رفع نیازهای توسعه پایدار.
- می توان آن را از مواد خام گیاهی یا حیوانی مانند روغن نباتی و چربی حیوانی استخراج کرد.

-معایب:
-ممکن است مشکلاتی با هزینه های بالا و محدودیت منبع وجود داشته باشد.
-پایداری حرارتی و هدایت حرارتی کمتر از PCM های سنتی است و ممکن است نیاز به اصلاح یا پشتیبانی مواد مرکب داشته باشد.

4. مواد تغییر فاز مرکب
مواد تغییر فاز مرکب PCM ها را با مواد دیگر (مانند مواد رسانای حرارتی، مواد پشتیبانی و غیره) ترکیب می کنند تا خواص خاصی از PCM های موجود را بهبود بخشند.

-امکانات:
-با ترکیب با مواد رسانایی حرارتی بالا، سرعت پاسخ حرارتی و پایداری حرارتی را می توان به طور قابل توجهی بهبود بخشید.
- سفارشی‌سازی می‌تواند برای برآوردن الزامات کاربردی خاص، مانند افزایش استحکام مکانیکی یا بهبود پایداری حرارتی انجام شود.

-معایب:
-فرآیند آماده سازی ممکن است پیچیده و پرهزینه باشد.
- تطبیق دقیق مواد و تکنیک های پردازش مورد نیاز است.

این مواد تغییر فاز هر کدام مزایا و سناریوهای کاربردی منحصر به فرد خود را دارند.انتخاب نوع PCM مناسب معمولاً به نیازهای دمایی برنامه خاص، بودجه هزینه، ملاحظات اثرات زیست محیطی و عمر مورد انتظار بستگی دارد.با تعمیق تحقیق و توسعه فناوری، توسعه مواد تغییر فاز

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

تفاوت بین مواد تغییر فاز آلی و مواد تغییر فاز نامحدود چیست؟

مواد تغییر فاز آلی، PCM ها و مواد تغییر فاز غیرآلی هر دو فناوری هایی هستند که برای ذخیره انرژی و کنترل دما استفاده می شوند که با تبدیل بین حالت جامد و مایع، گرما را جذب یا آزاد می کنند.این دو نوع مواد هر کدام ویژگی ها و زمینه های کاربردی خاص خود را دارند که در زیر به برخی از تفاوت های اصلی آنها اشاره می شود:

1. ترکیب شیمیایی:
-مواد تغییر فاز آلی: عمدتاً شامل پارافین و اسیدهای چرب است.این مواد معمولاً پایداری شیمیایی خوبی دارند و در طی فرآیندهای ذوب و انجماد تجزیه نمی شوند.
-مواد تغییر فاز غیر آلی: از جمله محلول های نمکی، فلزات و نمک ها.این نوع مواد دارای طیف وسیعی از نقاط ذوب هستند و می توان نقطه ذوب مناسب را با توجه به نیاز انتخاب کرد.

2. عملکرد حرارتی:
-مواد تغییر فاز آلی: معمولاً رسانایی حرارتی کمتری دارند، اما گرمای نهان بیشتری در هنگام ذوب و انجماد دارند، به این معنی که می توانند مقدار زیادی گرما را در طول تغییر فاز جذب یا آزاد کنند.
-مواد تغییر فاز غیر آلی: در مقابل، این مواد معمولاً رسانایی حرارتی بالاتری دارند که امکان انتقال حرارت سریع‌تر را فراهم می‌کند، اما گرمای نهان آنها ممکن است کمتر از مواد آلی باشد.

3. ثبات چرخه:
-مواد تغییر فاز آلی: پایداری چرخه ای خوبی دارند و می توانند چندین فرآیند ذوب و انجماد را بدون تخریب قابل توجه یا تغییر در عملکرد تحمل کنند.
-مواد تغییر فاز غیر آلی: ممکن است پس از چرخه های حرارتی متعدد، تجزیه یا تخریب عملکردی را نشان دهند، به ویژه موادی که مستعد تبلور هستند.

4. هزینه و در دسترس بودن:
-مواد تغییر فاز آلی: معمولاً گران هستند، اما به دلیل پایداری و کارایی آنها ممکن است هزینه استفاده طولانی مدت آنها نسبتاً پایین باشد.
-مواد تغییر فاز غیر آلی: این مواد معمولاً کم هزینه هستند و تولید آنها در مقیاس بزرگ آسان است، اما ممکن است نیاز به تعویض یا نگهداری مکرر داشته باشند.

5. حوزه های کاربردی:
-مواد تغییر فاز آلی: به دلیل پایداری و خواص شیمیایی خوب، اغلب در تنظیم دمای ساختمان، لباس، ملافه و سایر زمینه ها استفاده می شود.
-مواد تغییر فاز غیر آلی: معمولا در کاربردهای صنعتی مانند ذخیره سازی انرژی حرارتی و سیستم های بازیابی گرمای اتلاف استفاده می شود که می تواند از هدایت حرارتی بالا و محدوده نقطه ذوب آنها استفاده کند.

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