Materiali s spremembo faze (PCM) se pogosto uporabljajo predvsem zato, ker zagotavljajo edinstvene in učinkovite rešitve pri upravljanju energije, nadzoru temperature in varstvu okolja.Spodaj je podrobna razlaga glavnih razlogov za uporabo materialov s fazno spremembo:
1. Učinkovito shranjevanje energije
Fazno spreminjajoči se materiali lahko absorbirajo ali sprostijo veliko količino toplotne energije med procesom fazne spremembe.Zaradi te lastnosti so učinkoviti mediji za shranjevanje toplotne energije.Na primer, ko je čez dan dovolj sončnega sevanja, lahko materiali s fazno spremembo absorbirajo in shranijo toplotno energijo;Ponoči ali v hladnem vremenu lahko ti materiali sproščajo shranjeno toplotno energijo in tako ohranjajo toploto okolja.
2. Stabilen nadzor temperature
Na točki faznega prehoda lahko materiali s fazno spremembo absorbirajo ali sproščajo toploto pri skoraj konstantnih temperaturah.Zaradi tega so PCM zelo primerni za aplikacije, ki zahtevajo natančen nadzor temperature, kot so farmacevtski prevozi, toplotno upravljanje elektronskih naprav in regulacija notranje temperature v zgradbah.V teh aplikacijah materiali s fazno spremembo pomagajo zmanjšati porabo energije in izboljšati splošno učinkovitost sistema.
3. Izboljšajte energetsko učinkovitost in zmanjšajte porabo energije
Na področju arhitekture lahko integracija materialov s fazno spremembo v gradbene strukture znatno izboljša energetsko učinkovitost.Ti materiali lahko absorbirajo odvečno toploto čez dan, kar zmanjša obremenitev klimatske naprave;Ponoči sprošča toploto in zmanjšuje potrebo po ogrevanju.Ta naravna funkcija toplotne regulacije zmanjšuje odvisnost od tradicionalne opreme za ogrevanje in hlajenje, s čimer se zmanjša poraba energije.
4. Okolju prijazen
Materiali s fazno spremembo so v glavnem sestavljeni iz organskih materialov ali anorganskih soli, ki so večinoma okolju prijazni in jih je mogoče reciklirati.Uporaba PCM lahko pomaga zmanjšati emisije toplogrednih plinov in porabo fosilnih goriv ter tako prispeva k varstvu okolja in doseganju ciljev trajnostnega razvoja.
5. Izboljšajte učinkovitost in udobje izdelka
Uporaba materialov s fazno spremembo v potrošniških izdelkih, kot so oblačila, vzmetnice ali pohištvo, lahko zagotovi dodatno udobje.Na primer, uporaba PCM v oblačilih lahko uravnava toploto glede na spremembe telesne temperature in vzdržuje udobno temperaturo za uporabnika.Uporaba v vzmetnici lahko zagotovi bolj idealno temperaturo spanja ponoči.
6. Fleksibilnost in prilagodljivost
Materiali za spremembo faze so lahko zasnovani v različnih oblikah in velikostih, da izpolnjujejo različne zahteve uporabe.Izdelati jih je mogoče v delce, filme ali integrirati v druge materiale, kot sta beton ali plastika, kar zagotavlja visoko stopnjo prožnosti in prilagodljivosti za uporabo.
7. Izboljšajte gospodarske koristi
Čeprav je lahko začetna naložba v materiale s fazno spremembo visoka, so njihove dolgoročne koristi pri izboljšanju energetske učinkovitosti in zmanjšanju obratovalnih stroškov pomembne.Z zmanjšanjem odvisnosti od tradicionalne energije lahko materiali s fazno spremembo pomagajo zmanjšati stroške energije in zagotovijo gospodarske donose.
Če povzamemo, uporaba materialov s fazno spremembo lahko zagotovi učinkovite rešitve za upravljanje toplote, izboljša funkcionalnost in udobje izdelkov ter pomaga spodbujati trajnostni razvoj
Več glavnih klasifikacij in njihovih značilnosti materialov s fazno spremembo
Materiale za fazno spremembo (PCM) lahko razdelimo v več kategorij glede na njihovo kemično sestavo in značilnosti fazne spremembe, od katerih ima vsaka posebne prednosti in omejitve uporabe.Ti materiali vključujejo predvsem organske PCM, anorganske PCM, biološke PCM in kompozitne PCM.Spodaj je podroben uvod v značilnosti vsake vrste materiala za fazno spremembo:
1. Organski fazno spremenjeni materiali
Materiali za organsko fazno spremembo vključujejo predvsem dve vrsti: parafin in maščobne kisline.
-Parafin:
-Lastnosti: visoka kemična stabilnost, dobra ponovna uporaba in enostavna nastavitev tališča s spreminjanjem dolžine molekulskih verig.
-Pomanjkljivost: Toplotna prevodnost je nizka in morda bo treba dodati toplotno prevodne materiale za izboljšanje hitrosti toplotnega odziva.
-Maščobne kisline:
-Lastnosti: Ima višjo latentno toploto kot parafin in široko pokritost tališča, primerna za različne temperaturne zahteve.
-Slabosti: Nekatere maščobne kisline so lahko podvržene faznemu ločevanju in so dražje od parafina.
2. Anorganski fazno spremenjeni materiali
Anorganski materiali za fazno spremembo vključujejo fiziološke raztopine in kovinske soli.
- Raztopina slane vode:
-Lastnosti: dobra toplotna stabilnost, visoka latentna toplota in nizki stroški.
-Slabosti: Med zamrzovanjem lahko pride do razslojevanja in je jedko, zato so potrebni materiali za posodo.
- kovinske soli:
-Lastnosti: Visoka temperatura faznega prehoda, primerna za visokotemperaturno shranjevanje toplotne energije.
-Slabosti: Obstajajo tudi težave s korozijo in lahko pride do poslabšanja delovanja zaradi ponavljajočega se taljenja in strjevanja.
3. Bioosnovani materiali za fazno spremembo
Bioosnovani materiali za fazno spremembo so PCM, pridobljeni iz narave ali sintetizirani z biotehnologijo.
-Lastnosti:
- Okolju prijazen, biorazgradljiv, brez škodljivih snovi, ki ustreza potrebam trajnostnega razvoja.
- Lahko se pridobiva iz rastlinskih ali živalskih surovin, kot sta rastlinsko olje in živalska maščoba.
-Slabosti:
- Lahko pride do težav z visokimi stroški in omejitvami virov.
- Toplotna stabilnost in toplotna prevodnost sta nižji od tradicionalnih PCM in lahko zahtevata modifikacijo ali podporo iz kompozitnega materiala.
4. Kompozitni fazno spremenljivi materiali
Kompozitni materiali s fazno spremembo združujejo PCM z drugimi materiali (kot so toplotno prevodni materiali, nosilni materiali itd.), da izboljšajo določene lastnosti obstoječih PCM.
-Lastnosti:
- S kombiniranjem z materiali z visoko toplotno prevodnostjo je mogoče znatno izboljšati hitrost toplotnega odziva in toplotno stabilnost.
- Prilagoditev je možna za izpolnjevanje posebnih zahtev uporabe, kot je izboljšanje mehanske trdnosti ali izboljšanje toplotne stabilnosti.
-Slabosti:
- Postopek priprave je lahko zapleten in drag.
-Potrebno je natančno ujemanje materialov in tehnik obdelave.
Vsak od teh materialov s fazno spremembo ima svoje edinstvene prednosti in scenarije uporabe.Izbira ustreznega tipa PCM je običajno odvisna od temperaturnih zahtev posebne aplikacije, proračuna stroškov, premislekov o vplivu na okolje in pričakovane življenjske dobe.S poglabljanjem raziskav in razvojem tehnologije, razvoj fazno spreminjajočih se materialov
Pričakuje se, da se bo obseg uporabe še razširil, zlasti pri shranjevanju energije in upravljanju temperature.
Kakšna je razlika med materiali z organsko fazno spremembo in materiali z neskončno fazno spremembo?
Organski fazno spremenljivi materiali, PCM in anorganski fazno spremenljivi materiali sta tehnologiji, ki se uporabljata za shranjevanje energije in nadzor temperature, ki absorbirata ali sproščata toploto s pretvorbo med trdnim in tekočim stanjem.Ti dve vrsti materialov imata vsaka svoje značilnosti in področja uporabe, naslednje pa je nekaj glavnih razlik med njima:
1. Kemična sestava:
-Organski materiali za fazno spremembo: večinoma vključujejo parafin in maščobne kisline.Ti materiali imajo običajno dobro kemično stabilnost in se med procesi taljenja in strjevanja ne razgradijo.
- Anorganski materiali za spremembo faze: vključno s slanimi raztopinami, kovinami in solmi.Ta vrsta materiala ima širok razpon tališč in ustrezno tališče je mogoče izbrati glede na potrebe.
2. Toplotna zmogljivost:
-Organski materiali s fazno spremembo: običajno imajo nižjo toplotno prevodnost, vendar večjo latentno toploto med taljenjem in strjevanjem, kar pomeni, da lahko med fazno spremembo absorbirajo ali sprostijo veliko količino toplote.
- Anorganski materiali s fazno spremembo: nasprotno imajo ti materiali običajno večjo toplotno prevodnost, kar omogoča hitrejši prenos toplote, vendar je njihova latentna toplota lahko nižja kot pri organskih materialih.
3. Stabilnost cikla:
- Materiali z organsko fazno spremembo: imajo dobro ciklično stabilnost in lahko prenesejo večkratne postopke taljenja in strjevanja brez znatne degradacije ali spremembe v delovanju.
-Anorganski materiali s spremembo faze: lahko kažejo nekaj razgradnje ali poslabšanje delovanja po večkratnih termičnih ciklih, zlasti tisti materiali, ki so nagnjeni k kristalizaciji.
4. Stroški in razpoložljivost:
- Materiali z organsko fazno spremembo: običajno so dragi, vendar so lahko zaradi njihove stabilnosti in učinkovitosti stroški njihove dolgoročne uporabe razmeroma nizki.
- Anorganski materiali s fazno spremembo: ti materiali so običajno poceni in jih je enostavno proizvajati v velikem obsegu, vendar jih je morda treba pogosteje zamenjati ali vzdrževati.
5. Področja uporabe:
-Organski fazno spreminjajoči se materiali: Zaradi svoje stabilnosti in dobrih kemijskih lastnosti se pogosto uporabljajo pri uravnavanju temperature v zgradbah, oblačilih, posteljnini in na drugih področjih.
- Anorganski materiali s fazno spremembo: pogosto se uporabljajo v industrijskih aplikacijah, kot so sistemi za shranjevanje toplotne energije in rekuperacijo odpadne toplote, ki lahko izkoristijo svojo visoko toplotno prevodnost in območje tališča.
Če povzamemo, pri izbiri organskih ali anorganskih materialov s fazno spremembo je treba upoštevati dejavnike, kot so posebne zahteve za uporabo, proračun in pričakovana toplotna učinkovitost.Vsak material ima svoje edinstvene prednosti in omejitve, primerne za različne scenarije uporabe.
Čas objave: 28. maj 2024