מדוע אנו זקוקים לחומרים לשינוי שלב?

חומרי שינוי שלב (PCM) נמצאים בשימוש נרחב בעיקר מכיוון שהם מספקים פתרונות ייחודיים ויעילים בניהול אנרגיה, בקרת טמפרטורה והגנה על הסביבה. להלן הסבר מפורט על הסיבות העיקריות לשימוש בחומרים לשינוי פאזה:

1. אחסון אנרגיה יעיל
חומרי שינוי שלב יכולים לספוג או לשחרר כמות גדולה של אנרגיה תרמית במהלך תהליך שינוי הפאזה. מאפיין זה הופך אותם למדיה לאחסון אנרגיה תרמית יעילה. לדוגמה, כאשר קיימת קרינת שמש מספקת במהלך היום, חומרי שינוי שלב יכולים לספוג ולאחסן אנרגיה תרמית; בלילה או במזג אוויר קר, חומרים אלה יכולים לשחרר אנרגיית חום מאוחסנת כדי לשמור על חום הסביבה.

2. בקרת טמפרטורה יציבה
בנקודת המעבר שלב, חומרי שינוי שלב יכולים לספוג או לשחרר חום בטמפרטורות כמעט קבועות. זה הופך את PCMs למתאים מאוד ליישומים הדורשים בקרת טמפרטורה מדויקת, כגון הובלה תרופתית, ניהול תרמי של מכשירים אלקטרוניים ווויסות טמפרטורה מקורה בבניינים. ביישומים אלה, חומרי שינוי פאזות מסייעים בהפחתת צריכת האנרגיה ולשפר את יעילות המערכת הכוללת.

3. שפר את יעילות האנרגיה והפחתת צריכת האנרגיה
בתחום הארכיטקטורה, שילוב חומרי שינוי פאזה במבני בנייה יכול לשפר משמעותית את יעילות האנרגיה. חומרים אלה יכולים לספוג עודף חום במהלך היום, ולהפחית את הנטל על מיזוג האוויר; בלילה הוא משחרר חום ומפחית את הביקוש לחימום. פונקציית ויסות תרמית טבעית זו מפחיתה את ההסתמכות על ציוד חימום וקירור מסורתי, ובכך מפחיתה את צריכת האנרגיה.

4. ידידותי לסביבה
חומרי שינוי פאזות מורכבים בעיקר מחומרים אורגניים או מלחים אורגניים, שרובם ידידותיים לסביבה ומחזור. השימוש ב- PCM יכול לסייע בהפחתת פליטת גזי חממה וצריכת דלק מאובנים, לתרום להגנת הסביבה ולהשיג יעדי פיתוח בר -קיימא.

5. שפר את ביצועי המוצר והנוחות
השימוש בחומרים לשינוי שלב במוצרי צריכה כמו בגדים, מזרנים או ריהוט יכול לספק נוחות נוספת. לדוגמה, שימוש ב- PCMs בבגדים יכול לווסת חום בהתאם לשינויים בטמפרטורת הגוף, תוך שמירה על טמפרטורה נוחה עבור הלובש. השימוש בו במזרן יכול לספק טמפרטורת שינה אידיאלית יותר בלילה.

6. גמישות ויכולת הסתגלות
ניתן לתכנן חומרים לשינוי שלב בצורות ובגדלים שונים כדי לעמוד בדרישות יישום שונות. ניתן להפוך אותם לחלקיקים, לסרטים או לשלב בחומרים אחרים כמו בטון או פלסטיק, ומספקים דרגה גבוהה של גמישות ויכולת הסתגלות לשימוש.

7. שפר את היתרונות הכלכליים
למרות שההשקעה הראשונית בחומרים לשינוי פאזות עשויה להיות גבוהה, היתרונות שלהם לטווח הארוך בשיפור יעילות האנרגיה והפחתת עלויות התפעול הם משמעותיים. על ידי צמצום ההסתמכות על אנרגיה מסורתית, חומרי שינוי פאזה יכולים לעזור להפחית את עלויות האנרגיה ולספק תשואות כלכליות.

לסיכום, השימוש בחומרים לשינוי פאזות יכול לספק פתרונות יעילים לניהול תרמי, לשפר את הפונקציונליות והנוחות של המוצר ולסייע בקידום פיתוח בר -קיימא

מספר סיווגים עיקריים ותכונותיהם בהתאמה של חומרי שינוי פאזה
ניתן לחלק את חומרי שינוי שלב (PCM) למספר קטגוריות על סמך מאפייני ההרכב הכימי ושינוי שלב שלהם, כאשר כל אחד מהם יתרונות ומגבלות ספציפיות ליישום. חומרים אלה כוללים בעיקר PCMs אורגניים, PCMs inororganic, PCMs מבוססי ביו ו- PCMs מורכבים. להלן מבוא מפורט למאפיינים של כל סוג של חומר לשינוי פאזה:

1. חומרי שינוי שלב אורגני
חומרי שינוי שלב אורגני כוללים בעיקר שני סוגים: פרפין וחומצות שומן.

-פָּרָפִין:
-תכונות: יציבות כימית גבוהה, שימוש חוזר טוב והתאמה קלה של נקודת התכה על ידי שינוי אורך השרשראות המולקולריות.
-הימון: המוליכות התרמית נמוכה, וייתכן שיהיה צורך להוסיף חומרים מוליכים תרמיים כדי לשפר את מהירות התגובה התרמית.

חומצות חומצות:
-תוארות: יש לו חום סמוי גבוה יותר מפרפין וכיסוי נקודת התכה רחבה, המתאימה לדרישות טמפרטורה שונות.
-הפגנים: חומצות שומן מסוימות עשויות לעבור הפרדת פאזות ויקרות יותר מפרפין.

2. חומרי שינוי שלב אורגני
חומרי שינוי שלב אורגני כוללים פתרונות מלוחים ומלחי מתכת.

פתרון מים של סלט:
-תכונות: יציבות תרמית טובה, חום סמוי גבוה ועלות נמוכה.
-הפגנים: במהלך ההקפאה, יתכן שתתרחש דלמינציה והיא מאכלת, הדורשת חומרי מכולה.

מלחים מתכת:
-תכונות: טמפרטורת מעבר שלב גבוה, המתאימה לאחסון אנרגיה תרמית בטמפרטורה גבוהה.
-אמצעים: ישנן גם בעיות קורוזיה ויכולה להתרחש השפלה של ביצועים בגלל התכה והתמצקות חוזרת ונשנית.

3. חומרי שינוי שלב ביו -בסיס
חומרי שינוי שלב ביולוגי הם PCMs המופקים מהטבע או מסונתזים באמצעות ביוטכנולוגיה.

-מציגים:
-הסכנות ידידותית, מתכלה, נטולת חומרים מזיקים, העונה על צרכי פיתוח בר -קיימא.
ניתן לחלץ אותו מחומרי גלם צמחיים או מבעלי חיים, כמו שמן צמחי ושומן מן החי.

-אמצעים:
-אפשרות להיות בעיות עם עלויות גבוהות ומגבלות מקור.
היציבות התרמית והמוליכות התרמית נמוכה מ- PCMs מסורתיים, ועשויה לדרוש שינוי או תמיכה בחומרים מורכבים.

4. חומרי שינוי שלב מורכב
חומרים לשינוי שלב מורכב משלבים PCMs עם חומרים אחרים (כגון חומרים מוליכים תרמיים, חומרי תמיכה וכו ') כדי לשפר את המאפיינים מסוימים של PCMs קיימים.

-מציגים:
על ידי שילוב עם חומרי מוליכות תרמית גבוהה, ניתן לשפר משמעותית את מהירות התגובה התרמית ויציבות התרמית.
ניתן לבצע חיוב כדי לעמוד בדרישות היישום הספציפיות, כגון שיפור חוזק מכני או שיפור היציבות התרמית.

-אמצעים:
תהליך ההכנה עשוי להיות מורכב ויקר.
-נדרשים טכניקות התאמה ועיבוד חומרים מדויקים.

חומרים לשינוי שלב אלה הם בעלי היתרונות הייחודיים והתרחישים היישומים שלהם. בחירת סוג ה- PCM המתאים תלויה בדרך כלל בדרישות הטמפרטורה של היישום הספציפי, תקציב העלות, שיקולי ההשפעה על הסביבה ובחיי השירות הצפויים. עם העמקת המחקר ופיתוח הטכנולוגיה, פיתוח חומרי שינוי פאזה

היקף היישום צפוי להתרחב עוד יותר, במיוחד באחסון אנרגיה וניהול טמפרטורות.

מה ההבדל בין חומרי שינוי שלב אורגני לחומרים לשינוי שלב אינסופי?

חומרי שינוי שלב אורגני, PCMs וחומרי שינוי שלב אורגני הם שניהם טכנולוגיות המשמשות לאחסון אנרגיה ובקרת טמפרטורה, הסופגים או משחררים חום על ידי המרת מצבים מוצקים ונוזליים. לשני סוגים אלה של חומרים כל אחד מהם מאפיינים ואזורי יישום משלהם, והדברים הבאים הם כמה מההבדלים העיקריים ביניהם:

1. הרכב כימי:
חומרים לשינוי פאזה אורגנית: בעיקר כולל פרפין וחומצות שומן. לחומרים אלה בדרך כלל יציבות כימית טובה ולא יתפרקו במהלך תהליכי התכה ומיצוק.
חומרים לשינוי פאזה אנורגן: כולל פתרונות מלח, מתכות ומלחים. בחומר מסוג זה מגוון רחב של נקודות התכה, וניתן לבחור נקודת התכה מתאימה בהתאם לצרכים.

2. ביצועים תרמיים:
חומרים לשינוי פאזה אורגנית: בדרך כלל יש מוליכות תרמית נמוכה יותר, אך חום סמוי גבוה יותר במהלך התכה והתמצקות, כלומר הם יכולים לספוג או לשחרר כמות גדולה של חום במהלך שינוי פאזה.
חומרים לשינוי פאזה אנורגן: לעומת זאת, בדרך כלל חומרים אלה בעלי מוליכות תרמית גבוהה יותר, מה שמאפשר העברת חום מהירה יותר, אך החום הסמוי שלהם עשוי להיות נמוך מחומרים אורגניים.

3. יציבות מחזור:
חומרים לשינוי פאזה אורגנית: בעלי יציבות רכיבה טובה על אופניים ויכולים לעמוד בתהליכי התכה ומיצוק מרובים ללא השפלה משמעותית או שינוי בביצועים.
חומרים לשינוי פאזה אנורגן: עשויים להציג פירוק או השפלה של ביצועים מסוימים לאחר מחזורים תרמיים מרובים, במיוחד אותם חומרים המועדים להתגבשות.

4. עלות וזמינות:
חומרים לשינוי פאזה אורגנית: הם בדרך כלל יקרים, אך בגלל היציבות והיעילות שלהם, עלות השימוש שלהם לטווח הארוך עשויה להיות נמוכה יחסית.
חומרים לשינוי פאזה אנורגנית: חומרים אלה הם בדרך כלל בעלות נמוכה וקל לייצור בקנה מידה גדול, אך עשויים לדרוש החלפה או תחזוקה תכופים יותר.

5. אזורי יישום:
חומרים לשינוי פאזה אורגנית: בשל יציבותם ותכונות הכימיות הטובות שלהם, הם משמשים לעתים קרובות בוויסות טמפרטורה של מבנים, ביגוד, מצעים ושדות אחרים.
חומרים לשינוי פאזה אנורגן: נפוץ ביישומים תעשייתיים כמו אחסון אנרגיה תרמית ומערכות שחזור חום פסולת, שיכולות להשתמש במוליכות התרמית הגבוהה שלהם וטווח נקודת התכה.

לסיכום, בבחירת חומרים לשינוי שלב אורגני או אורגני, יש לקחת בחשבון גורמים כמו דרישות יישום ספציפיות, תקציב וביצועים תרמיים צפויים. לכל חומר היתרונות והמגבלות הייחודיים שלו, המתאימים לתרחישים שונים של יישומים.