Фазово-змінні матеріали (PCM) широко використовуються головним чином тому, що вони забезпечують унікальні та ефективні рішення для управління енергією, контролю температури та захисту навколишнього середовища.Нижче наведено детальне пояснення основних причин використання матеріалів зі зміною фази:
1. Ефективне накопичення енергії
Матеріали з фазовою зміною можуть поглинати або виділяти велику кількість теплової енергії під час процесу фазової зміни.Ця характеристика робить їх ефективними засобами зберігання теплової енергії.Наприклад, коли протягом дня є достатня кількість сонячного випромінювання, матеріали зі зміною фаз можуть поглинати та зберігати теплову енергію;Вночі або в холодну погоду ці матеріали можуть вивільняти накопичену теплову енергію, щоб підтримувати тепло навколишнього середовища.
2. Стабільний контроль температури
У точці фазового переходу матеріали зі зміною фаз можуть поглинати або виділяти тепло при майже постійних температурах.Це робить PCM дуже придатними для застосувань, які вимагають точного контролю температури, наприклад, транспортування фармацевтичних препаратів, керування температурою електронних пристроїв і регулювання температури всередині будівель.У цих застосуваннях матеріали зі зміною фази допомагають зменшити споживання енергії та підвищити загальну ефективність системи.
3. Підвищення енергоефективності та зменшення споживання енергії
У сфері архітектури інтеграція фазоперехідних матеріалів у будівельні конструкції може значно підвищити енергоефективність.Ці матеріали можуть поглинати надлишок тепла протягом дня, зменшуючи навантаження на кондиціонер;Вночі він виділяє тепло і зменшує потребу в опаленні.Ця природна функція терморегуляції зменшує залежність від традиційного обладнання для опалення та охолодження, тим самим зменшуючи споживання енергії.
4. Екологічно чистий
Матеріали з фазовою зміною в основному складаються з органічних матеріалів або неорганічних солей, більшість з яких є екологічно чистими та підлягають переробці.Використання PCM може допомогти зменшити викиди парникових газів і споживання викопного палива, сприяючи захисту навколишнього середовища та досягненню цілей сталого розвитку.
5. Підвищення ефективності продукту та комфорту
Використання матеріалів зі зміною фази в споживчих товарах, таких як одяг, матраци чи меблі, може забезпечити додатковий комфорт.Наприклад, використання PCM в одязі може регулювати тепло відповідно до змін температури тіла, підтримуючи комфортну температуру для користувача.Використання його в матраці може забезпечити більш ідеальну температуру сну вночі.
6. Гнучкість і адаптивність
Матеріали зі зміною фази можуть бути розроблені в різних формах і розмірах відповідно до різноманітних вимог застосування.Вони можуть бути виготовлені у вигляді частинок, плівок або інтегровані в інші матеріали, такі як бетон або пластик, забезпечуючи високий ступінь гнучкості та адаптивності для використання.
7. Поліпшення економічних вигод
Незважаючи на те, що початкові інвестиції в матеріали зі зміною фази можуть бути високими, їх довгострокові переваги щодо підвищення енергоефективності та зниження експлуатаційних витрат є значними.Зменшуючи залежність від традиційної енергії, матеріали зі зміною фаз можуть допомогти зменшити витрати на енергію та забезпечити економічну віддачу.
Підводячи підсумок, можна сказати, що використання матеріалів зі зміною фази може забезпечити ефективні рішення для управління температурою, підвищити функціональність і комфорт продукту, а також сприяти сталому розвитку
Кілька основних класифікацій та їхні відповідні характеристики матеріалів із фазовою зміною
Матеріали з фазовою зміною (PCM) можна розділити на кілька категорій на основі їх хімічного складу та характеристик фазової зміни, кожна з яких має певні переваги та обмеження у застосуванні.Ці матеріали в основному включають органічні PCM, неорганічні PCM, біоосновні PCM та композитні PCM.Нижче наведено детальний вступ до характеристик кожного типу фазоперехідного матеріалу:
1. Органічні фазоперехідні матеріали
Органічні матеріали, що змінюють фазу, в основному включають два типи: парафін і жирні кислоти.
- Парафін:
-Особливості: висока хімічна стабільність, можливість багаторазового використання та легке регулювання температури плавлення шляхом зміни довжини молекулярних ланцюгів.
- Недоліки: теплопровідність низька, і може знадобитися додати теплопровідні матеріали для покращення швидкості теплового відгуку.
-Жирні кислоти:
-Характеристики: він має вищу приховану теплоту, ніж парафін, і має широке охоплення точки плавлення, що підходить для різних температурних вимог.
-Недоліки: деякі жирні кислоти можуть зазнавати фазового поділу і є дорожчими за парафін.
2. Неорганічні фазоперехідні матеріали
Неорганічні матеріали зі зміною фази включають сольові розчини та солі металів.
- розчин солоної води:
-Характеристики: хороша термічна стабільність, висока прихована теплота та низька вартість.
- Недоліки: під час заморожування може виникнути розшарування, і це є корозійним, що вимагає матеріалів для контейнерів.
- солі металів:
-Характеристики: Висока температура фазового переходу, підходить для високотемпературного зберігання теплової енергії.
- Недоліки: також існують проблеми з корозією та може статися погіршення продуктивності через повторне плавлення та твердіння.
3. Біологічні матеріали зі зміною фаз
Біологічні матеріали зі зміною фази — це PCM, видобуті з природи або синтезовані за допомогою біотехнології.
-Особливості:
-Екологічно чистий, біорозкладний, не містить шкідливих речовин, відповідає потребам сталого розвитку.
- Його можна добути з рослинної або тваринної сировини, наприклад рослинної олії та тваринного жиру.
-Недоліки:
- Можуть виникнути проблеми з високою вартістю та обмеженнями джерел.
-Термостабільність і теплопровідність нижчі, ніж у традиційних PCM, і можуть вимагати модифікації або використання композитного матеріалу.
4. Композиційні фазоперехідні матеріали
Композитні матеріали зі зміною фази поєднують PCM з іншими матеріалами (такими як теплопровідні матеріали, опорні матеріали тощо), щоб покращити певні властивості існуючих PCM.
-Особливості:
- Шляхом поєднання з матеріалами з високою теплопровідністю можна значно покращити швидкість теплового відгуку та термічну стабільність.
- Можна налаштувати відповідно до конкретних вимог застосування, наприклад, підвищення механічної міцності або підвищення термічної стабільності.
-Недоліки:
- Процес підготовки може бути складним і дорогим.
- Потрібна точна відповідність матеріалу та технології обробки.
Кожен з цих матеріалів зі зміною фази має свої унікальні переваги та сценарії застосування.Вибір відповідного типу PCM зазвичай залежить від температурних вимог конкретного застосування, бюджету витрат, міркувань впливу на навколишнє середовище та очікуваного терміну служби.З поглибленням досліджень і розвитком технології розробка матеріалів зі зміною фази
Очікується, що сфера застосування буде розширюватися, особливо в області зберігання енергії та управління температурою.
Яка різниця між органічними матеріалами з фазовою зміною та матеріалами з нескінченною фазовою зміною?
Organic Phase Change Materials, PCMs та Inorganic Phase Change Materials – це обидві технології, що використовуються для накопичення енергії та контролю температури, які поглинають або виділяють тепло шляхом перетворення між твердим і рідким станами.Кожен з цих двох типів матеріалів має свої особливості та області застосування, і нижче наведено деякі основні відмінності між ними:
1. Хімічний склад:
-Органічні матеріали зі зміною фази: в основному включають парафін і жирні кислоти.Ці матеріали зазвичай мають добру хімічну стабільність і не розкладаються під час процесів плавлення та затвердіння.
- Неорганічні матеріали зі зміною фази: включаючи сольові розчини, метали та солі.Цей тип матеріалу має широкий діапазон температур плавлення, і відповідну температуру плавлення можна вибрати відповідно до потреб.
2. Теплова продуктивність:
-Органічні матеріали зі зміною фази: зазвичай мають нижчу теплопровідність, але вищу приховану теплоту під час плавлення та затвердіння, тобто вони можуть поглинати або виділяти велику кількість тепла під час зміни фази.
- Неорганічні матеріали зі зміною фази: навпаки, ці матеріали зазвичай мають вищу теплопровідність, що забезпечує швидшу теплопередачу, але їх прихована теплота може бути нижчою, ніж органічні матеріали.
3. Стабільність циклу:
-Органічні матеріали зі зміною фази: мають гарну циклічну стабільність і можуть витримувати численні процеси плавлення та затвердіння без значного погіршення чи зміни характеристик.
- Неорганічні матеріали зі зміною фази: можуть виявляти деякий розпад або погіршення продуктивності після кількох термічних циклів, особливо ті матеріали, які схильні до кристалізації.
4. Вартість і доступність:
-Органічні матеріали зі зміною фази: зазвичай вони дорогі, але через їх стабільність і ефективність вартість їх довгострокового використання може бути відносно низькою.
- Неорганічні матеріали зі зміною фази: ці матеріали зазвичай недорогі та їх легко виробляти у великих масштабах, але можуть вимагати більш частої заміни або обслуговування.
5. Області застосування:
-Органічні матеріали зі зміною фази: завдяки своїй стабільності та хорошим хімічним властивостям їх часто використовують для регулювання температури будівель, одягу, постільної білизни та інших галузей.
- Неорганічні матеріали зі зміною фази: зазвичай використовуються в промислових цілях, таких як накопичення теплової енергії та системи рекуперації відпрацьованого тепла, які можуть використовувати їх високу теплопровідність і температуру плавлення.
Таким чином, при виборі органічних або неорганічних матеріалів зі зміною фаз необхідно враховувати такі фактори, як конкретні вимоги до застосування, бюджет і очікувані теплові характеристики.Кожен матеріал має свої унікальні переваги та обмеження, які підходять для різних сценаріїв застосування.
Час публікації: 28 травня 2024 р