Materijali s promjenom faze (PCM) naširoko se koriste uglavnom zato što pružaju jedinstvena i učinkovita rješenja u upravljanju energijom, kontroli temperature i zaštiti okoliša.U nastavku je detaljno objašnjenje glavnih razloga za korištenje materijala s promjenom faze:
1. Učinkovito skladištenje energije
Materijali s faznom promjenom mogu apsorbirati ili otpustiti veliku količinu toplinske energije tijekom procesa fazne promjene.Ova karakteristika ih čini učinkovitim medijima za pohranu toplinske energije.Na primjer, kada postoji dovoljno sunčevog zračenja tijekom dana, materijali s promjenom faze mogu apsorbirati i pohraniti toplinsku energiju;Noću ili po hladnom vremenu, ovi materijali mogu osloboditi pohranjenu toplinsku energiju kako bi održali toplinu okoline.
2. Stabilna kontrola temperature
Na točki faznog prijelaza, materijali s faznom promjenom mogu apsorbirati ili otpuštati toplinu pri gotovo konstantnim temperaturama.Zbog toga su PCM-ovi vrlo prikladni za primjene koje zahtijevaju preciznu kontrolu temperature, kao što je farmaceutski transport, upravljanje toplinom elektroničkih uređaja i regulacija unutarnje temperature u zgradama.U ovim primjenama materijali s promjenom faze pomažu smanjiti potrošnju energije i poboljšati ukupnu učinkovitost sustava.
3. Poboljšati energetsku učinkovitost i smanjiti potrošnju energije
U području arhitekture, integracija materijala s promjenom faze u građevinske strukture može značajno poboljšati energetsku učinkovitost.Ovi materijali mogu apsorbirati višak topline tijekom dana, smanjujući opterećenje klima uređaja;Noću oslobađa toplinu i smanjuje potrebu za grijanjem.Ova prirodna funkcija toplinske regulacije smanjuje ovisnost o tradicionalnoj opremi za grijanje i hlađenje, čime se smanjuje potrošnja energije.
4. Ekološki prihvatljiv
Materijali s promjenom faze uglavnom se sastoje od organskih materijala ili anorganskih soli, od kojih je većina ekološki prihvatljiva i može se reciklirati.Korištenje PCM-a može pomoći u smanjenju emisija stakleničkih plinova i potrošnje fosilnih goriva, pridonoseći zaštiti okoliša i postizanju ciljeva održivog razvoja.
5. Poboljšajte učinkovitost i udobnost proizvoda
Upotreba materijala s faznom promjenom u potrošačkim proizvodima kao što su odjeća, madraci ili namještaj može pružiti dodatnu udobnost.Na primjer, korištenje PCM-a u odjeći može regulirati toplinu u skladu s promjenama tjelesne temperature, održavajući ugodnu temperaturu za korisnika.Korištenje u madracu može osigurati idealniju temperaturu spavanja noću.
6. Fleksibilnost i prilagodljivost
Materijali s promjenom faze mogu se dizajnirati u različitim oblicima i veličinama kako bi zadovoljili različite zahtjeve primjene.Mogu se izraditi u čestice, filmove ili integrirati u druge materijale poput betona ili plastike, pružajući visok stupanj fleksibilnosti i prilagodljivosti za upotrebu.
7. Poboljšajte ekonomske koristi
Iako početno ulaganje u materijale s promjenom faze može biti visoko, njihove su dugoročne koristi u poboljšanju energetske učinkovitosti i smanjenju operativnih troškova značajne.Smanjenjem ovisnosti o tradicionalnoj energiji, materijali s promjenom faze mogu pomoći u smanjenju troškova energije i osigurati ekonomsku dobit.
Ukratko, upotreba materijala s faznom promjenom može pružiti učinkovita rješenja za upravljanje toplinom, poboljšati funkcionalnost i udobnost proizvoda te pomoći u promicanju održivog razvoja
Nekoliko glavnih klasifikacija i njihove karakteristike materijala s faznom promjenom
Materijali s faznom promjenom (PCM) mogu se podijeliti u nekoliko kategorija na temelju njihovog kemijskog sastava i karakteristika fazne promjene, a svaki ima specifične prednosti i ograničenja primjene.Ovi materijali uglavnom uključuju organske PCM-ove, anorganske PCM-ove, PCM-ove na biološkoj osnovi i kompozitne PCM-ove.Dolje je detaljan uvod u karakteristike svake vrste materijala za faznu promjenu:
1. Materijali s organskom faznom promjenom
Materijali s promjenom organske faze uglavnom uključuju dvije vrste: parafin i masne kiseline.
-Parafin:
- Značajke: visoka kemijska stabilnost, dobra mogućnost ponovne upotrebe i jednostavno podešavanje tališta promjenom duljine molekularnih lanaca.
- Nedostatak: Toplinska vodljivost je niska i možda će biti potrebno dodati toplinski vodljive materijale kako bi se poboljšala brzina toplinskog odziva.
- Masne kiseline:
-Značajke: Ima veću latentnu toplinu od parafina i široko područje taljenja, pogodno za različite temperaturne zahtjeve.
-Nedostaci: Neke masne kiseline mogu se podvrgnuti razdvajanju faza i skuplje su od parafina.
2. Anorganski materijali s faznom promjenom
Anorganski materijali s promjenom faze uključuju slane otopine i metalne soli.
- Otopina slane vode:
- Značajke: Dobra toplinska stabilnost, visoka latentna toplina i niska cijena.
-Nedostaci: Tijekom zamrzavanja može doći do raslojavanja i korozivno je, zahtijevajući materijale spremnika.
- metalne soli:
-Značajke: Visoka temperatura faznog prijelaza, pogodna za visokotemperaturno skladištenje toplinske energije.
-Nedostatci: Također postoje problemi s korozijom i može doći do degradacije performansi zbog opetovanog taljenja i skrućivanja.
3. Biobazirani materijali s faznom promjenom
Materijali s faznom promjenom na biološkoj osnovi su PCM-ovi ekstrahirani iz prirode ili sintetizirani putem biotehnologije.
- Značajke:
-Ekološki prihvatljiv, biorazgradiv, bez štetnih tvari, zadovoljava potrebe održivog razvoja.
-Može se ekstrahirati iz biljnih ili životinjskih sirovina, poput biljnog ulja i životinjske masti.
-Nedostaci:
-Mogu postojati problemi s visokim troškovima i ograničenjima izvora.
- Toplinska stabilnost i toplinska vodljivost niži su od tradicionalnih PCM-ova i mogu zahtijevati modifikaciju ili podršku od kompozitnog materijala.
4. Kompozitni materijali s faznom promjenom
Kompozitni materijali s faznom promjenom kombiniraju PCM-ove s drugim materijalima (kao što su toplinski vodljivi materijali, potporni materijali itd.) kako bi se poboljšala određena svojstva postojećih PCM-ova.
- Značajke:
-Kombiniranjem s materijalima visoke toplinske vodljivosti, brzina toplinskog odziva i toplinska stabilnost mogu se značajno poboljšati.
-Može se izvršiti prilagodba kako bi se zadovoljili specifični zahtjevi primjene, kao što je povećanje mehaničke čvrstoće ili poboljšanje toplinske stabilnosti.
-Nedostaci:
- Proces pripreme može biti složen i skup.
-Potrebno je točno podudaranje materijala i tehnika obrade.
Svaki od ovih materijala s promjenom faze ima svoje jedinstvene prednosti i scenarije primjene.Odabir odgovarajuće vrste PCM obično ovisi o temperaturnim zahtjevima specifične aplikacije, proračunu troškova, razmatranjima utjecaja na okoliš i očekivanom vijeku trajanja.S produbljivanjem istraživanja i razvojem tehnologije, razvoj materijala s faznom promjenom
Očekuje se daljnje proširenje opsega primjene, posebice u pohrani energije i upravljanju temperaturom.
Koja je razlika između organskih materijala s faznom promjenom i materijala s beskonačnom faznom promjenom?
Materijali s organskom faznom promjenom, PCM i anorganski materijali s faznom promjenom obje su tehnologije koje se koriste za pohranu energije i kontrolu temperature, a koje apsorbiraju ili otpuštaju toplinu pretvarajući se između krutog i tekućeg stanja.Svaka od ove dvije vrste materijala ima svoje karakteristike i područja primjene, a sljedeće su neke od glavnih razlika između njih:
1. Kemijski sastav:
- Materijali s organskom faznom promjenom: uglavnom uključuju parafin i masne kiseline.Ovi materijali obično imaju dobru kemijsku stabilnost i neće se razgraditi tijekom procesa taljenja i skrućivanja.
- Anorganski materijali s promjenom faze: uključujući slane otopine, metale i soli.Ova vrsta materijala ima širok raspon tališta, a odgovarajuća točka tališta može se odabrati prema potrebama.
2. Toplinska izvedba:
-Organski materijali s faznom promjenom: obično imaju nižu toplinsku vodljivost, ali veću latentnu toplinu tijekom taljenja i skrućivanja, što znači da mogu apsorbirati ili otpustiti veliku količinu topline tijekom fazne promjene.
- Anorganski materijali s faznom promjenom: Nasuprot tome, ovi materijali obično imaju veću toplinsku vodljivost, što omogućuje brži prijenos topline, ali njihova latentna toplina može biti niža od organskih materijala.
3. Stabilnost ciklusa:
- Materijali s organskom faznom promjenom: imaju dobru cikličku stabilnost i mogu izdržati višestruke procese taljenja i skrućivanja bez značajne degradacije ili promjene performansi.
- Anorganski materijali s faznom promjenom: mogu pokazivati određeno raspadanje ili degradaciju performansi nakon više toplinskih ciklusa, osobito oni materijali koji su skloni kristalizaciji.
4. Cijena i dostupnost:
- Materijali s organskom faznom promjenom: Obično su skupi, ali zbog svoje stabilnosti i učinkovitosti, troškovi njihove dugotrajne upotrebe mogu biti relativno niski.
- Anorganski materijali s faznom promjenom: Ovi su materijali obično jeftini i lako ih je proizvesti u velikim količinama, ali mogu zahtijevati češću zamjenu ili održavanje.
5. Područja primjene:
- Materijali s organskom faznom promjenom: Zbog svoje stabilnosti i dobrih kemijskih svojstava često se koriste u regulaciji temperature zgrada, odjeće, posteljine i drugih područja.
- Anorganski materijali s faznom promjenom: obično se koriste u industrijskim primjenama kao što su sustavi za pohranu toplinske energije i povrat otpadne topline, koji mogu iskoristiti svoju visoku toplinsku vodljivost i raspon tališta.
Ukratko, pri odabiru organskih ili anorganskih materijala s faznom promjenom potrebno je uzeti u obzir čimbenike kao što su specifični zahtjevi primjene, proračun i očekivana toplinska učinkovitost.Svaki materijal ima svoje jedinstvene prednosti i ograničenja, prikladna za različite scenarije primjene.
Vrijeme objave: 28. svibnja 2024