Materiály s fázovou zmenou (PCM) sú široko používané hlavne preto, že poskytujú jedinečné a efektívne riešenia v oblasti energetického manažmentu, regulácie teploty a ochrany životného prostredia.Nižšie je uvedené podrobné vysvetlenie hlavných dôvodov použitia materiálov s fázovou zmenou:
1. Efektívne skladovanie energie
Materiály s fázovou zmenou môžu absorbovať alebo uvoľniť veľké množstvo tepelnej energie počas procesu fázovej zmeny.Táto vlastnosť z nich robí efektívne médiá na ukladanie tepelnej energie.Napríklad, keď je počas dňa dostatočné slnečné žiarenie, materiály s fázovou zmenou môžu absorbovať a uchovávať tepelnú energiu;V noci alebo v chladnom počasí môžu tieto materiály uvoľňovať uloženú tepelnú energiu na udržanie tepla prostredia.
2. Stabilná regulácia teploty
V bode fázového prechodu môžu materiály s fázovou zmenou absorbovať alebo uvoľňovať teplo pri takmer konštantných teplotách.Vďaka tomu sú PCM veľmi vhodné pre aplikácie, ktoré vyžadujú presnú reguláciu teploty, ako je farmaceutická preprava, tepelný manažment elektronických zariadení a regulácia vnútornej teploty v budovách.V týchto aplikáciách materiály s fázovou zmenou pomáhajú znižovať spotrebu energie a zlepšujú celkovú účinnosť systému.
3. Zlepšiť energetickú účinnosť a znížiť spotrebu energie
V oblasti architektúry môže integrácia materiálov s fázovou zmenou do stavebných konštrukcií výrazne zlepšiť energetickú účinnosť.Tieto materiály dokážu absorbovať prebytočné teplo počas dňa, čím sa znižuje záťaž klimatizácie;V noci uvoľňuje teplo a znižuje potrebu vykurovania.Táto funkcia prirodzenej tepelnej regulácie znižuje spoliehanie sa na tradičné vykurovacie a chladiace zariadenia, čím sa znižuje spotreba energie.
4. Šetrné k životnému prostrediu
Materiály s fázovou zmenou sa skladajú hlavne z organických materiálov alebo anorganických solí, z ktorých väčšina je šetrná k životnému prostrediu a recyklovateľná.Používanie PCM môže pomôcť znížiť emisie skleníkových plynov a spotrebu fosílnych palív, čím prispeje k ochrane životného prostredia a dosiahnutiu cieľov trvalo udržateľného rozvoja.
5. Zvýšte výkon a pohodlie produktu
Použitie materiálov s fázovou zmenou v spotrebných výrobkoch, ako je oblečenie, matrace alebo nábytok, môže poskytnúť dodatočný komfort.Napríklad použitie PCM v oblečení môže regulovať teplo podľa zmien telesnej teploty, čím sa udržuje príjemná teplota pre nositeľa.Jeho použitie v matraci môže poskytnúť ideálnejšiu teplotu spánku v noci.
6. Flexibilita a prispôsobivosť
Materiály s fázovou zmenou môžu byť navrhnuté v rôznych tvaroch a veľkostiach, aby vyhovovali rôznym aplikačným požiadavkám.Môžu byť vyrobené do častíc, filmov alebo integrované do iných materiálov, ako je betón alebo plast, čo poskytuje vysoký stupeň flexibility a prispôsobivosti na použitie.
7. Zlepšiť ekonomické výhody
Aj keď počiatočná investícia do materiálov s fázovou zmenou môže byť vysoká, ich dlhodobé prínosy pri zlepšovaní energetickej účinnosti a znižovaní prevádzkových nákladov sú značné.Znížením závislosti od tradičnej energie môžu materiály s fázovou zmenou pomôcť znížiť náklady na energiu a poskytnúť ekonomickú návratnosť.
Stručne povedané, použitie materiálov s fázovou zmenou môže poskytnúť efektívne riešenia tepelného manažmentu, zlepšiť funkčnosť a pohodlie produktu a pomôcť podporiť trvalo udržateľný rozvoj
Niekoľko hlavných klasifikácií a ich príslušných charakteristík materiálov s fázovou zmenou
Materiály s fázovou zmenou (PCM) možno rozdeliť do niekoľkých kategórií na základe ich chemického zloženia a charakteristík fázovej zmeny, pričom každá má špecifické aplikačné výhody a obmedzenia.Tieto materiály zahŕňajú hlavne organické PCM, anorganické PCM, bio PCM a kompozitné PCM.Nižšie je uvedený podrobný úvod do charakteristík každého typu materiálu s fázovou zmenou:
1. Materiály s organickou fázovou zmenou
Organické materiály s fázovou zmenou zahŕňajú hlavne dva typy: parafín a mastné kyseliny.
- parafín:
-Vlastnosti: Vysoká chemická stabilita, dobrá opakovaná použiteľnosť a jednoduché nastavenie teploty topenia zmenou dĺžky molekulárnych reťazcov.
-Nevýhoda: Tepelná vodivosť je nízka a môže byť potrebné pridať tepelne vodivé materiály na zlepšenie rýchlosti tepelnej odozvy.
-Mastné kyseliny:
-Vlastnosti: Má vyššie latentné teplo ako parafín a široké pokrytie bodu topenia, vhodné pre rôzne teplotné požiadavky.
-Nevýhody: Niektoré mastné kyseliny môžu prejsť fázovou separáciou a sú drahšie ako parafín.
2. Anorganické materiály s fázovou zmenou
Anorganické materiály s fázovou zmenou zahŕňajú soľné roztoky a soli kovov.
- roztok slanej vody:
-Vlastnosti: Dobrá tepelná stabilita, vysoké latentné teplo a nízke náklady.
-Nevýhody: Počas zmrazovania môže dôjsť k delaminácii a je žieravý, čo si vyžaduje obalové materiály.
- kovové soli:
-Vlastnosti: Vysoká teplota fázového prechodu, vhodná na skladovanie tepelnej energie pri vysokej teplote.
-Nevýhody: Existujú aj problémy s koróziou a môže dôjsť k zníženiu výkonu v dôsledku opakovaného tavenia a tuhnutia.
3. Materiály s fázovou zmenou na biologickej báze
Materiály s fázovou zmenou na biologickej báze sú PCM extrahované z prírody alebo syntetizované biotechnológiou.
-Vlastnosti:
-Šetrné k životnému prostrediu, biologicky odbúrateľné, bez škodlivých látok, spĺňajúce potreby trvalo udržateľného rozvoja.
-Môže byť extrahovaný z rastlinných alebo živočíšnych surovín, ako je rastlinný olej a živočíšny tuk.
- Nevýhody:
- Môžu sa vyskytnúť problémy s vysokými nákladmi a obmedzenými zdrojmi.
-Tepelná stabilita a tepelná vodivosť sú nižšie ako tradičné PCM a môžu vyžadovať úpravu alebo podporu kompozitného materiálu.
4. Kompozitné materiály s fázovou zmenou
Kompozitné materiály s fázovou zmenou kombinujú PCM s inými materiálmi (ako sú tepelne vodivé materiály, podporné materiály atď.), aby sa zlepšili určité vlastnosti existujúcich PCM.
-Vlastnosti:
- Kombináciou s materiálmi s vysokou tepelnou vodivosťou je možné výrazne zlepšiť rýchlosť tepelnej odozvy a tepelnú stabilitu.
- Prispôsobenie môže byť vykonané tak, aby vyhovovalo špecifickým požiadavkám aplikácie, ako je zvýšenie mechanickej pevnosti alebo zlepšenie tepelnej stability.
- Nevýhody:
- Proces prípravy môže byť zložitý a nákladný.
- Vyžaduje sa presné zladenie materiálov a techniky spracovania.
Každý z týchto materiálov s fázovou zmenou má svoje jedinečné výhody a aplikačné scenáre.Výber vhodného typu PCM zvyčajne závisí od požiadaviek konkrétnej aplikácie na teplotu, nákladového rozpočtu, zváženia vplyvu na životné prostredie a očakávanej životnosti.S prehlbovaním výskumu a vývojom technológií vývoj materiálov s fázovou zmenou
Očakáva sa, že rozsah aplikácií sa bude ďalej rozširovať, najmä v oblasti skladovania energie a riadenia teploty.
Aký je rozdiel medzi materiálmi s organickou fázovou zmenou a materiálmi s nekonečnou fázovou zmenou?
Organic Phase Change Materials, PCMs a Anorganic Phase Change Materials sú technológie používané na skladovanie energie a reguláciu teploty, ktoré absorbujú alebo uvoľňujú teplo premenou medzi pevným a kvapalným stavom.Každý z týchto dvoch typov materiálov má svoje vlastné charakteristiky a oblasti použitia a nižšie sú niektoré z hlavných rozdielov medzi nimi:
1. Chemické zloženie:
- Organické materiály s fázovou zmenou: hlavne vrátane parafínu a mastných kyselín.Tieto materiály majú zvyčajne dobrú chemickú stabilitu a nebudú sa rozkladať počas procesov tavenia a tuhnutia.
- Materiály s anorganickou fázovou zmenou: vrátane soľných roztokov, kovov a solí.Tento typ materiálu má široký rozsah teplôt topenia a vhodnú teplotu topenia je možné zvoliť podľa potrieb.
2. Tepelný výkon:
- Organické materiály s fázovou zmenou: zvyčajne majú nižšiu tepelnú vodivosť, ale vyššie latentné teplo počas topenia a tuhnutia, čo znamená, že môžu absorbovať alebo uvoľňovať veľké množstvo tepla počas fázovej zmeny.
- Materiály s anorganickou fázovou zmenou: Naproti tomu tieto materiály majú zvyčajne vyššiu tepelnú vodivosť, čo umožňuje rýchlejší prenos tepla, ale ich latentné teplo môže byť nižšie ako u organických materiálov.
3. Stabilita cyklu:
- Materiály s organickou fázovou zmenou: majú dobrú cyklickú stabilitu a môžu vydržať viacnásobné procesy topenia a tuhnutia bez výraznej degradácie alebo zmeny výkonu.
- Materiály s anorganickou fázovou zmenou: môžu vykazovať určitý rozklad alebo zhoršenie výkonu po viacerých tepelných cykloch, najmä tie materiály, ktoré sú náchylné na kryštalizáciu.
4. Cena a dostupnosť:
- Materiály s organickou fázovou zmenou: Zvyčajne sú drahé, ale vzhľadom na ich stabilitu a účinnosť môžu byť náklady na ich dlhodobé používanie relatívne nízke.
- Materiály s anorganickou fázovou zmenou: Tieto materiály sú zvyčajne lacné a ľahko sa vyrábajú vo veľkom meradle, ale môžu vyžadovať častejšiu výmenu alebo údržbu.
5. Oblasti použitia:
-Organické materiály s fázovou zmenou: Vďaka svojej stabilite a dobrým chemickým vlastnostiam sa často používajú pri regulácii teploty budov, odevov, postelí a iných oblastí.
- Materiály s anorganickou fázovou zmenou: bežne používané v priemyselných aplikáciách, ako sú systémy skladovania tepelnej energie a regenerácie odpadového tepla, ktoré môžu využívať svoju vysokú tepelnú vodivosť a rozsah teplôt topenia.
Stručne povedané, pri výbere organických alebo anorganických materiálov s fázovou zmenou je potrebné zvážiť faktory, ako sú špecifické požiadavky na aplikáciu, rozpočet a očakávaný tepelný výkon.Každý materiál má svoje jedinečné výhody a obmedzenia, vhodné pre rôzne scenáre použitia.
Čas odoslania: 28. mája 2024